История физики

Часть серии статей о
Физика
Индекс Контур Глоссарий История ( хронология )
Филиалы Акустика Астрофизика Атомная физика Биофизика Классическая физика Электромагнетизм Геофизика Механика Современная физика Ядерная физика Оптика Термодинамика
Исследовать Физик ( список ) Список наград по физике Список журналов Список нерешенных проблем
Физический портал  Категория
в т е

Физика — это раздел науки , основными объектами изучения которого являются материя и энергия . Открытия физики находят применение во всех естественных науках и в технике . Исторически физика возникла из научной революции 17-го века, быстро развивалась в 19-м веке, затем была преобразована серией открытий в 20-м веке. Сегодня физику можно условно разделить на классическую физику и современную физику .

Множество подробных статей по конкретным темам доступны в Очерке истории физики .

Элементы того, что стало физикой, были взяты в основном из областей астрономии , оптики и механики , которые были методологически объединены посредством изучения геометрии . Эти математические дисциплины начались в древности с вавилонянами и с эллинистическими писателями, такими как Архимед и Птолемей . Древняя философия , тем временем, включала то, что называлось « физикой ».

Движение к рациональному пониманию природы началось, по крайней мере, с архаического периода в Греции (650–480 гг. до н. э. ) с досократовскими философами . Философ Фалес из Милета (VII и VI вв. до н. э.), прозванный «отцом науки» за отказ принимать различные сверхъестественные, религиозные или мифологические объяснения природных явлений , провозгласил, что каждое событие имеет естественную причину. ^[1] Фалес также добился прогресса в 580 г. до н. э., предположив, что вода является основным элементом , экспериментируя с притяжением между магнитами и натертым янтарем и формулируя первые записанные космологии . Анаксимандр , разработчик протоэволюционной теории , оспаривал идеи Фалеса и предположил, что вместо воды строительным блоком всей материи является вещество, называемое апейрон . Около 500 г. до н. э. Гераклит предположил, что единственным основным законом, управляющим Вселенной, является принцип изменения и что ничто не остается в одном и том же состоянии бесконечно. Вместе со своим современником Парменид был одним из первых ученых античной физики, кто размышлял о роли времени во Вселенной — ключевой концепции, которая до сих пор остается проблемой в современной физике .

В классический период в Греции (VI, V и IV вв. до н. э.) и в эллинистические времена натурфилософия медленно развивалась в захватывающую и спорную область изучения. Аристотель ( греч . Ἀριστοτέλης , Aristotélēs ) (384–322 гг. до н. э.), ученик Платона , продвигал концепцию, согласно которой наблюдение за физическими явлениями может в конечном итоге привести к открытию естественных законов, управляющих ими. ^{[ необходима ссылка ]} Труды Аристотеля охватывают физику, метафизику , поэзию , театр , музыку , логику , риторику , лингвистику , политику , управление , этику , биологию и зоологию . Он написал первую работу, которая называет это направление изучения «Физикой» — в IV в. до н. э. Аристотель основал систему, известную как аристотелевская физика . Он пытался объяснить такие идеи, как движение (и гравитация ) с помощью теории четырех элементов . Аристотель считал, что вся материя состоит из эфира или некоторой комбинации четырех элементов: земли, воды, воздуха и огня. Согласно Аристотелю, эти четыре земных элемента способны к взаимопревращениям и движению к своему естественному месту, поэтому камень падает вниз к центру космоса, но пламя поднимается вверх к окружности . В конце концов, аристотелевская физика стала чрезвычайно популярной на протяжении многих столетий в Европе, информируя научные и схоластические разработки Средневековья . Она оставалась основной научной парадигмой в Европе до времен Галилео Галилея и Исаака Ньютона .

В ранней классической Греции знание о том, что Земля имеет сферическую форму («круглая»), было общепринятым. Около 240 г. до н. э. в результате основополагающего эксперимента Эратосфен (276–194 гг. до н. э.) точно оценил ее окружность. В отличие от геоцентрических взглядов Аристотеля, Аристарх Самосский ( греч . Ἀρίσταρχος ; ок.  310  – ок.  230 г. до н. э. ) представил явный аргумент в пользу гелиоцентрической модели Солнечной системы , то есть размещения Солнца , а не Земли , в ее центре. Селевк из Селевкии , последователь гелиоцентрической теории Аристарха, утверждал, что Земля вращается вокруг своей оси , которая, в свою очередь, вращается вокруг Солнца. Хотя аргументы, которые он использовал, были утеряны, Плутарх утверждал, что Селевк был первым, кто доказал гелиоцентрическую систему с помощью рассуждений.

В 3 веке до нашей эры греческий математик Архимед из Сиракуз Греческий : Ἀρχιμήδης (287–212 до н. э.) — обычно считающийся величайшим математиком древности и одним из величайших всех времен — заложил основы гидростатики , статики и рассчитал базовую математику рычага . Ведущий ученый классической древности, Архимед также разработал сложные системы блоков для перемещения больших объектов с минимальными усилиями. Винт Архимеда лежит в основе современной гидротехники, а его военные машины помогли сдержать армии Рима в Первой Пунической войне . Архимед даже разнес в пух и прах аргументы Аристотеля и его метафизику, указав, что невозможно разделить математику и природу, и доказал это, превратив математические теории в практические изобретения. Кроме того, в своей работе «О плавающих телах» около 250 г. до н. э. Архимед разработал закон плавучести , также известный как принцип Архимеда . В математике Архимед использовал метод исчерпания для вычисления площади под дугой параболы с суммированием бесконечного ряда и дал удивительно точное приближение числа π . Он также определил спираль, носящую его имя , формулы для объемов поверхностей вращения и гениальную систему для выражения очень больших чисел. Он также разработал принципы состояний равновесия и центров тяжести , идеи, которые повлияли на будущих ученых, таких как Галилей и Ньютон.

Гиппарх (190–120 гг. до н. э.), сосредоточившись на астрономии и математике, использовал сложные геометрические методы для картирования движения звезд и планет , даже предсказывая время солнечных затмений . Он добавил расчеты расстояния Солнца и Луны от Земли, основанные на его усовершенствованиях наблюдательных инструментов, используемых в то время. Еще одним из ранних физиков был Птолемей (90–168 гг. н. э.), один из ведущих умов во времена Римской империи . Птолемей был автором нескольких научных трактатов, по крайней мере три из которых имели непреходящее значение для более поздней исламской и европейской науки. Первый - астрономический трактат, ныне известный как Альмагест (по-гречески Ἡ Μεγάλη Σύνταξις, «Великий трактат», первоначально Μαθηματικὴ Σύνταξις, «Математический трактат»). Второй — « География» , представляющий собой подробное обсуждение географических знаний греко -римского мира .

Большая часть накопленных знаний древнего мира была утеряна. Даже из трудов многих уважаемых мыслителей сохранилось лишь несколько фрагментов. Хотя он написал по меньшей мере четырнадцать книг, почти ничего из непосредственной работы Гиппарха не сохранилось. Из 150 известных работ Аристотеля сохранилось только 30, и некоторые из них представляют собой «немного больше, чем лекционные заметки». ^{[ по мнению кого? ]}

Важные физические и математические традиции существовали также в древнекитайских и индийских науках .

В индийской философии Махариши Канада был первым, кто систематически разработал теорию атомизма около 200 г. до н. э. ^[3], хотя некоторые авторы относят его к более ранней эпохе в 6 веке до н. э. ^{[4] [5]} Она была дополнительно разработана буддийскими атомистами Дхармакирти и Дигнагой в 1 тысячелетии н. э. ^[6] Пакудха Каччаяна , индийский философ 6 века до н. э. и современник Гаутамы Будды , также выдвигал идеи об атомном строении материального мира. Эти философы считали, что другие элементы (кроме эфира) физически ощутимы и, следовательно, состоят из мельчайших частиц материи. Последняя мельчайшая частица материи, которая не могла быть подразделена дальше, называлась Парману . Эти философы считали атом неразрушимым и, следовательно, вечным. Буддисты считали атомы мельчайшими объектами, которые невозможно увидеть невооруженным глазом, которые возникают и исчезают в одно мгновение. Философская школа Вайшешика считала , что атом — это всего лишь точка в пространстве . Она также была первой, кто описал отношения между движением и приложенной силой. Индийские теории об атоме в значительной степени абстрактны и запутаны в философии, поскольку они основаны на логике, а не на личном опыте или экспериментах. В индийской астрономии « Арьябхатия » Арьябхаты (499 г. н. э.) предложила вращение Земли , в то время как Нилаканта Сомаяджи (1444–1544) из Керальской школы астрономии и математики предложил полугелиоцентрическую модель, напоминающую систему Тихона .

Изучение магнетизма в Древнем Китае восходит к IV веку до н. э. (в « Книге мастера долины Дьявола» ), ^[7] Основным деятелем в этой области был Шэнь Куо (1031–1095), эрудит и государственный деятель, который первым описал магнитно-стрелочный компас, используемый для навигации, а также установил концепцию истинного севера . В оптике Шэнь Куо независимо разработал камеру-обскуру . ^[8]

В 7-15 веках в мусульманском мире произошел научный прогресс. Многие классические работы на индийском , ассирийском , сасанидском (персидском) и греческом языках , включая работы Аристотеля, были переведены на арабский язык . ^[9] Важный вклад внес Ибн аль-Хайтам (965–1040), арабский ^[10] или персидский ^[11] ученый, считающийся основателем современной оптики . Птолемей и Аристотель предположили, что свет либо исходит из глаза, чтобы осветить объекты, либо что «формы» исходят от самих объектов, тогда как аль-Хайтам (известный под латинским именем «Альхазен») предположил, что свет распространяется к глазу лучами из разных точек на объекте. Труды Ибн аль-Хайсама и аль-Бируни (973–1050), персидского учёного, в конечном итоге попали в Западную Европу, где их изучали такие учёные, как Роджер Бэкон и Вителло . ^[12]

Ибн аль-Хайсам использовал контролируемые эксперименты в своей работе по оптике, хотя в какой степени это отличалось от Птолемея, является предметом споров. ^{[13] [14]} Арабские механики, такие как Бируни и Аль-Хазини, разработали сложную «науку о весе», проводя измерения удельных весов и объемов ^[15]

Ибн Сина (980–1037), известный как «Авиценна», был эрудитом из Бухары (в современном Узбекистане ), внесшим важный вклад в физику, оптику, философию и медицину . Он опубликовал свою теорию движения в «Книге исцеления» (1020), где утверждал, что импульс сообщается снаряду метателем. Он считал его постоянным, требующим внешних сил, таких как сопротивление воздуха, для его рассеивания. ^{[16] [17] [18]} Ибн Сина провел различие между «силой» и «наклоном» (называемым «майл») и утверждал, что объект приобретает майл, когда объект находится в оппозиции к своему естественному движению. Он пришел к выводу, что продолжение движения приписывается наклону, который передается объекту, и что этот объект будет находиться в движении до тех пор, пока майл не будет израсходован. Эта концепция движения согласуется с первым законом движения Ньютона , инерцией , который гласит, что движущийся объект будет оставаться в движении, если на него не действует внешняя сила. ^[16] Эта идея, которая расходилась с аристотелевской точкой зрения, была позже описана как « импетус » Иоанном Буриданом , который, вероятно, находился под влиянием «Книги исцеления» Ибн Сины . ^[19]

Хибат Аллах Абу-ль-Баракат аль-Багдади ( ок.  1080  – ок.  1165 ) принял и модифицировал теорию Ибн Сины о движении снаряда . В своем труде «Китаб аль-Му'табар » Абу-ль-Баракат утверждал, что движущееся тело придает движущемуся объекту сильный наклон ( майл каср ) и что он уменьшается по мере удаления движущегося объекта от движущегося. ^[20] Он также предложил объяснение ускорения падающих тел путем накопления последовательных приращений мощности с последовательными приращениями скорости . ^[21] По словам Шломо Пинеса , теория движения аль-Багдади была «старейшим отрицанием фундаментального динамического закона Аристотеля [а именно, что постоянная сила производит равномерное движение], [и, таким образом, является] смутным предвосхищением фундаментального закона классической механики [ а именно, что сила, приложенная непрерывно, производит ускорение]». ^[22] Жан Буридан и Альберт Саксонский позже ссылались на Абу-ль-Бараката, объясняя, что ускорение падающего тела является результатом его увеличивающегося импульса. ^[20]

Ибн Баджах ( ок.  1085  – 1138), известный в Европе как «Авемпас», предположил, что для каждой силы всегда есть сила противодействия . Ибн Баджах был критиком Птолемея и работал над созданием новой теории скорости, чтобы заменить теорию Аристотеля. Два будущих философа поддержали теории, созданные Авемпасом, известные как динамика Авемпаса. Этими философами были Фома Аквинский , католический священник, и Джон Дунс Скот . ^[23] Галилей продолжил принимать формулу Авемпаса, «что скорость данного объекта есть разность движущей силы этого объекта и сопротивления среды движения». ^[23]

Насир ад-Дин ат-Туси (1201–1274), персидский астроном и математик, умерший в Багдаде, представил пару Туси . Коперник позже во многом опирался на работы ад-Дина ат-Туси и его учеников, но без признания. ^[24]

Осознание древних трудов вновь вошло на Запад через переводы с арабского на латынь . Их повторное введение, в сочетании с иудео-исламскими теологическими комментариями, оказало большое влияние на средневековых философов, таких как Фома Аквинский . Схоластические европейские ученые , которые стремились примирить философию древних классических философов с христианской теологией , провозгласили Аристотеля величайшим мыслителем древнего мира. В случаях, когда они напрямую не противоречили Библии, аристотелевская физика стала основой для физических объяснений европейских церквей. Квантификация стала основным элементом средневековой физики. ^[25]

Основываясь на физике Аристотеля, схоластическая физика описывала вещи как движущиеся в соответствии с их сущностной природой. Небесные объекты описывались как движущиеся по кругу, потому что идеальное круговое движение считалось врожденным свойством объектов, которые существовали в нетронутом царстве небесных сфер . Теория импульса , предшественница концепций инерции и импульса , была разработана в схожих направлениях средневековыми философами , такими как Иоанн Филопон и Жан Буридан . Движения ниже лунной сферы рассматривались как несовершенные, и поэтому нельзя было ожидать, что они будут демонстрировать последовательное движение. Более идеализированное движение в «подлунном» царстве могло быть достигнуто только посредством искусственности , и до 17-го века многие не рассматривали искусственные эксперименты как действительные средства познания естественного мира. Физические объяснения в подлунном царстве вращались вокруг тенденций. Камни содержали элемент земли, а земные объекты имели тенденцию двигаться по прямой линии к центру Земли (и вселенной в геоцентрической точке зрения Аристотеля), если иное не препятствовало этому. ^[26]

В XVI и XVII веках в Европе произошло крупное продвижение научного прогресса, известное как научная революция . Недовольство старыми философскими подходами началось раньше и вызвало другие изменения в обществе, такие как протестантская Реформация , но революция в науке началась, когда натурфилософы начали проводить последовательную атаку на схоластическую философскую программу и предположили, что математические описательные схемы, заимствованные из таких областей, как механика и астрономия, могут фактически дать универсально верные характеристики движения и других понятий.

Прорыв в астрономии совершил польский астроном Николай Коперник (1473–1543), когда в 1543 году он привел веские аргументы в пользу гелиоцентрической модели Солнечной системы, якобы для того, чтобы сделать таблицы, отображающие движение планет, более точными и упростить их создание. В гелиоцентрических моделях Солнечной системы Земля вращается вокруг Солнца вместе с другими телами в галактике Земля , что противоречит мнению греко-египетского астронома Птолемея (II в. н. э.; см. выше), чья система помещала Землю в центр Вселенной и была принята более 1400 лет назад. Греческий астроном Аристарх Самосский ( ок.  310  – ок.  230 до н. э. ) предположил, что Земля вращается вокруг Солнца, но рассуждения Коперника привели к прочному всеобщему принятию этой «революционной» идеи. Книга Коперника, представляющая эту теорию ( De revolutionibus orbium coelestium , «О вращении небесных сфер»), была опубликована незадолго до его смерти в 1543 году и, как теперь принято считать, знаменует начало современной астрономии, также считается началом научной революции. ^{[ необходима ссылка ]} Новые взгляды Коперника, наряду с точными наблюдениями, сделанными Тихо Браге , позволили немецкому астроному Иоганну Кеплеру (1571–1630) сформулировать законы, касающиеся движения планет , которые используются и по сей день.

Итальянский математик, астроном и физик Галилео Галилей (1564–1642) был сторонником коперниканства, который сделал множество астрономических открытий, проводил эмпирические эксперименты и усовершенствовал телескоп. Как математик, роль Галилея в университетской культуре его эпохи была подчинена трем основным предметам изучения: право , медицина и теология (которая была тесно связана с философией). Галилей, однако, считал, что описательное содержание технических дисциплин оправдывало философский интерес, особенно потому, что математический анализ астрономических наблюдений — в частности, анализ Коперником относительных движений Солнца, Земли, Луны и планет — указывал на то, что утверждения философов о природе вселенной могут быть признаны ошибочными. Галилей также проводил механические эксперименты, настаивая на том, что само движение — независимо от того, было ли оно произведено «естественно» или «искусственно» (т. е. преднамеренно) — имело универсально согласованные характеристики, которые можно было бы описать математически.

Ранние исследования Галилея в Пизанском университете были в области медицины, но вскоре он увлекся математикой и физикой. В 19 лет он открыл (и впоследствии подтвердил ) изохронную природу маятника, когда , используя свой пульс, он хронометрировал колебания качающейся лампы в Пизанском соборе и обнаружил, что она оставалась одинаковой для каждого качания независимо от амплитуды качания . Вскоре он стал известен благодаря своему изобретению гидростатических весов и трактату о центре тяжести твердых тел. Преподавая в Пизанском университете (1589–92), он начал свои эксперименты, касающиеся законов движения тел, которые дали результаты, настолько противоречащие общепринятым учениям Аристотеля, что возник сильный антагонизм. Он обнаружил, что тела не падают со скоростями, пропорциональными их весу. История, в которой Галилей, как говорят, сбрасывал грузы с Пизанской башни, является апокрифической, но он обнаружил, что траектория снаряда представляет собой параболу , и ему приписывают выводы, которые предвосхитили законы движения Ньютона (например, понятие инерции). Среди них то, что сейчас называется относительностью Галилея , первое точно сформулированное утверждение о свойствах пространства и времени за пределами трехмерной геометрии . ^{[ требуется ссылка ]}

Галилея называли «отцом современной наблюдательной астрономии », ^[27] «отцом современной физики», «отцом науки» ^[28] и «отцом современной науки ». ^[29] По словам Стивена Хокинга , «Галилей, возможно, больше, чем кто-либо другой, был ответственен за рождение современной науки». ^[30] Поскольку религиозная ортодоксальность провозгласила геоцентрическое или тихоновское понимание Солнечной системы, поддержка Галилеем гелиоцентризма вызвала споры, и его судила инквизиция . Признанный «яростно подозреваемым в ереси», он был вынужден отречься и провел остаток своей жизни под домашним арестом.

Вклад, который Галилей внес в наблюдательную астрономию, включает в себя телескопическое подтверждение фаз Венеры ; открытие им в 1609 году четырех крупнейших лун Юпитера (впоследствии получивших общее название « галилеевы луны »); и наблюдение и анализ солнечных пятен . Галилей также занимался прикладной наукой и техникой, изобретя, среди прочих инструментов, военный компас . Его открытие лун Юпитера было опубликовано в 1610 году и позволило ему получить должность математика и философа при дворе Медичи . Как таковой, он должен был участвовать в дебатах с философами аристотелевской традиции и получил большую аудиторию для своих собственных публикаций, таких как « Рассуждения и математические доказательства относительно двух новых наук» (опубликованных за границей после его ареста за публикацию « Диалога о двух главных мировых системах ») и «Пробирщик» . ^{[31] [32]} Интерес Галилея к экспериментированию и формулированию математических описаний движения сделал эксперимент неотъемлемой частью естественной философии. Эта традиция, в сочетании с нематематическим акцентом на сборе «экспериментальных историй» философских реформаторов, таких как Уильям Гилберт и Фрэнсис Бэкон , привлекла значительное число последователей в годы, предшествовавшие и последовавшие за смертью Галилея, включая Эванджелиста Торричелли и участников Accademia del Cimento в Италии; Марина Мерсенна и Блеза Паскаля во Франции; Христиана Гюйгенса в Нидерландах; и Роберта Гука и Роберта Бойля в Англии.

Французский философ Рене Декарт (1596–1650) был хорошо связан с экспериментальными философскими сетями того времени и имел в них влияние. Однако у Декарта была более амбициозная программа, которая была направлена ​​на полную замену схоластической философской традиции. Ставя под сомнение реальность, интерпретируемую через чувства, Декарт стремился восстановить философские объяснительные схемы, сводя все воспринимаемые явления к тому, что можно приписать движению невидимого моря «корпускул». (В частности, он исключил из своей схемы человеческую мысль и Бога , считая их отдельными от физической вселенной). Предлагая эту философскую структуру, Декарт предположил, что различные виды движения, такие как движение планет по сравнению с движением земных объектов, не являются принципиально разными, а являются просто различными проявлениями бесконечной цепи корпускулярных движений, подчиняющихся универсальным принципам. Особенно влиятельными были его объяснения круговых астрономических движений с точки зрения вихревого движения корпускул в пространстве (Декарт утверждал, в соответствии с убеждениями, если не с методами, схоластов, что вакуум не может существовать), и его объяснение гравитации с точки зрения корпускул, толкающих объекты вниз. ^{[33] [34] [35]}

Декарт, как и Галилей, был убежден в важности математического объяснения, и он и его последователи были ключевыми фигурами в развитии математики и геометрии в 17 веке. Картезианские математические описания движения утверждали, что все математические формулировки должны быть оправданы с точки зрения прямого физического действия, позиция, которой придерживались Гюйгенс и немецкий философ Готфрид Лейбниц , который, следуя картезианской традиции, разработал свою собственную философскую альтернативу схоластике, которую он изложил в своей работе 1714 года « Монадология» . Декарта окрестили «отцом современной философии», и большая часть последующей западной философии является ответом на его труды, которые внимательно изучаются и по сей день. В частности, его «Размышления о первой философии» продолжают оставаться стандартным текстом на большинстве университетских философских факультетов. Влияние Декарта на математику столь же очевидно; Декартова система координат  , позволяющая выражать алгебраические уравнения в виде геометрических фигур в двумерной системе координат, была названа в его честь. Его считают отцом аналитической геометрии , моста между алгеброй и геометрией , важного для открытия исчисления и анализа .

Голландский физик, математик, астроном и изобретатель Христиан Гюйгенс (1629–1695) был ведущим ученым в Европе между Галилеем и Ньютоном. Гюйгенс происходил из дворянской семьи, которая занимала важное положение в голландском обществе 17-го века; времени, когда Голландская республика процветала экономически и культурно. Этот период — примерно между 1588 и 1702 годами — истории Нидерландов также называют голландским Золотым веком , эпохой во время научной революции, когда голландская наука была одной из самых признанных в Европе. В это время в Нидерландах проживали такие интеллектуалы и ученые, как Рене Декарт, Барух Спиноза , Пьер Бейль , Антони ван Левенгук , Джон Локк и Гуго Гроций . Именно в этой интеллектуальной среде вырос Христиан Гюйгенс. Отец Христиана, Константин Гюйгенс , был, помимо того, что был выдающимся поэтом, секретарем и дипломатом принцев Оранских. Он был знаком со многими учеными своего времени благодаря своим контактам и интеллектуальным интересам, включая Рене Декарта и Марина Мерсенна , и именно благодаря этим контактам Христиан Гюйгенс узнал об их работах. Особенно Декарт, чья механистическая философия оказала огромное влияние на работу самого Гюйгенса. Позже Декарт был впечатлен навыками, которые Христиан Гюйгенс продемонстрировал в геометрии, как и Мерсенн, который окрестил его «новым Архимедом» (что побудило Константина называть своего сына «моим маленьким Архимедом»).

Будучи вундеркиндом, Гюйгенс начал переписываться с Мареном Мерсенном, когда ему было 17 лет. Гюйгенс заинтересовался азартными играми , когда познакомился с работами Ферма , Блеза Паскаля и Жирара Дезарга . Именно Блез Паскаль вдохновил его написать книгу «Van Rekeningh in Spelen van Gluck» , которую Франс ван Схоотен перевел и опубликовал под названием «De Ratiociniis in Ludo Aleae» в 1657 году. Эта книга является самым ранним известным научным изложением предмета и в то время наиболее последовательным изложением математического подхода к азартным играм. Два года спустя Гюйгенс геометрически вывел ныне стандартные формулы классической механики для центростремительной и центробежной силы в своей работе «De vi Centrifuga » (1659). Примерно в то же время исследования Гюйгенса в области часового дела привели к изобретению маятниковых часов ; прорыв в хронометрии и самый точный хронометрист за почти 300 лет. Теоретическое исследование принципа работы маятника в конечном итоге привело к публикации одного из его важнейших достижений: Horologium Oscillatorium . Эта работа была опубликована в 1673 году и стала одной из трех важнейших работ XVII века по механике (две другие — « Рассуждения и математические доказательства, относящиеся к двум новым наукам» Галилея (1638) и «Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica» Ньютона (1687) ^[36] ). Horologium Oscillatorium — первый современный трактат, в котором физическая проблема ( ускоренное движение падающего тела) идеализируется набором параметров, а затем анализируется математически, и представляет собой одну из основополагающих работ по прикладной математике . ^{[37] [38]} Именно по этой причине Гюйгенса называют первым физиком-теоретиком и одним из основателей современной математической физики . ^{[39] [40]} Horologium Oscillatorium Гюйгенса оказал огромное влияние на историю физики, особенно на работу Исаака Ньютона, который очень восхищался этой работой. Например, законы, описанные Гюйгенсом в Horologium Oscillatorium, структурно совпадают с первыми двумя законами движения Ньютона . ^[41]

Спустя пять лет после публикации своего Horologium Oscillatorium Гюйгенс описал свою волновую теорию света . Хотя она была предложена в 1678 году, она была опубликована только в 1690 году в его Traité de la Lumière . Его математическая теория света изначально была отвергнута в пользу корпускулярной теории света Ньютона, пока Огюстен-Жан Френель не принял принцип Гюйгенса, чтобы дать полное объяснение прямолинейному распространению и дифракционным эффектам света в 1821 году. Сегодня этот принцип известен как принцип Гюйгенса-Френеля . Будучи астрономом, Гюйгенс начал шлифовать линзы вместе со своим братом Константином-младшим, чтобы строить телескопы для астрономических исследований. Он был первым, кто идентифицировал кольца Сатурна как «тонкое, плоское кольцо, нигде не касающееся и наклоненное к эклиптике», и открыл первый из спутников Сатурна, Титан , с помощью рефракторного телескопа .

Помимо многих важных открытий, сделанных Гюйгенсом в физике и астрономии, и изобретений им гениальных устройств, он также был первым, кто привнес математическую строгость в описание физических явлений. Из-за этого, а также из-за того, что он разработал институциональные рамки для научных исследований на континенте, его называли «ведущим деятелем в «создании науки в Европе » » ^[42]

Конец XVII и начало XVIII веков ознаменовались достижениями физика и математика Кембриджского университета сэра Исаака Ньютона (1642–1727). Ньютон, член Королевского общества Англии , объединил свои собственные открытия в механике и астрономии с более ранними, чтобы создать единую систему для описания работы вселенной. Ньютон сформулировал три закона движения, которые формулировали связь между движением и объектами, а также закон всемирного тяготения , последний из которых мог быть использован для объяснения поведения не только падающих тел на Землю, но также планет и других небесных тел. Чтобы прийти к своим результатам, Ньютон изобрел одну форму совершенно новой ветви математики: исчисление (также изобретенное независимо Готфридом Лейбницем ), которое должно было стать важным инструментом во многих последующих разработках в большинстве отраслей физики. Открытия Ньютона были изложены в его труде Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica («Математические начала натуральной философии»), публикация которого в 1687 году ознаменовала начало современного периода механики и астрономии.

Ньютон смог опровергнуть картезианскую механистическую традицию, согласно которой все движения следует объяснять относительно непосредственной силы, оказываемой корпускулами. Используя свои три закона движения и закон всемирного тяготения, Ньютон устранил идею о том, что объекты следуют по траекториям, определяемым естественными формами, и вместо этого продемонстрировал, что не только регулярно наблюдаемые траектории, но и все будущие движения любого тела могут быть выведены математически на основе знания их существующего движения, их массы и сил, действующих на них. Однако наблюдаемые небесные движения не совсем соответствовали ньютоновской трактовке, и Ньютон, который также глубоко интересовался теологией , вообразил, что Бог вмешался, чтобы обеспечить постоянную стабильность Солнечной системы.

Принципы Ньютона (но не его математические трактовки) оказались спорными с континентальными философами, которые посчитали его отсутствие метафизического объяснения движения и гравитации философски неприемлемым. Начиная с 1700 года, между континентальной и британской философскими традициями начался ожесточенный раскол, который подогревался жаркими, продолжающимися и яростно личными спорами между последователями Ньютона и Лейбница относительно приоритета над аналитическими методами исчисления, которые каждый из них развивал независимо. Первоначально на континенте преобладали картезианские и лейбницевские традиции (что привело к доминированию лейбницевской нотации исчисления повсюду, кроме Британии). Сам Ньютон оставался втайне обеспокоенным отсутствием философского понимания гравитации, настаивая в своих трудах, что для вывода о ее реальности ничего не нужно. По мере развития 18-го века континентальные натурфилософы все больше принимали готовность ньютонианцев отказаться от онтологических метафизических объяснений математически описанных движений. ^{[43] [44] [45]}

Ньютон построил первый функционирующий рефлекторный телескоп ^[46] и разработал теорию цвета, опубликованную в Opticks , основанную на наблюдении, что призма разлагает белый свет на множество цветов, образующих видимый спектр . В то время как Ньютон объяснял свет как состоящий из мельчайших частиц, конкурирующая теория света, которая объясняла его поведение с точки зрения волн, была представлена ​​в 1690 году Христианом Гюйгенсом. Однако вера в механистическую философию в сочетании с репутацией Ньютона означала, что волновая теория получила относительно небольшую поддержку до 19-го века. Ньютон также сформулировал эмпирический закон охлаждения , изучил скорость звука , исследовал степенные ряды , продемонстрировал обобщенную биномиальную теорему и разработал метод аппроксимации корней функции . Его работа над бесконечными рядами была вдохновлена ​​десятичными дробями Саймона Стевина . ^[47] Самое важное, Ньютон показал, что движение объектов на Земле и небесных тел управляется одним и тем же набором естественных законов, которые не были ни капризными, ни злонамеренными. Демонстрируя согласованность между законами движения планет Кеплера и его собственной теорией гравитации, Ньютон также устранил последние сомнения относительно гелиоцентризма. Объединив все идеи, высказанные во время научной революции, Ньютон фактически заложил основу для современного общества в математике и науке.

Другие разделы физики также получили внимание в период научной революции. Уильям Гилберт , придворный врач королевы Елизаветы I , опубликовал важную работу по магнетизму в 1600 году, описав, как сама Земля ведет себя как гигантский магнит. Роберт Бойль (1627–1691) изучал поведение газов, заключенных в камере, и сформулировал газовый закон, названный в его честь ; он также внес вклад в физиологию и в основание современной химии. Другим важным фактором научной революции был рост ученых обществ и академий в разных странах. Самые ранние из них были в Италии и Германии и просуществовали недолго. Более влиятельными были Королевское общество Англии (1660) и Академия наук во Франции (1666). Первое было частным учреждением в Лондоне и включало таких ученых, как Джон Уоллис , Уильям Брункер , Томас Сиденхэм , Джон Мейоу и Кристофер Рен (который внес вклад не только в архитектуру, но также в астрономию и анатомию); последний, в Париже, был правительственным учреждением и включал в качестве иностранного члена голландца Гюйгенса. В 18 веке были основаны важные королевские академии в Берлине (1700) и в Санкт-Петербурге (1724). Общества и академии предоставили основные возможности для публикации и обсуждения научных результатов во время и после научной революции. В 1690 году Яков Бернулли показал, что циклоида является решением проблемы таутохроны; а в следующем году, в 1691 году, Иоганн Бернулли показал, что цепь, свободно подвешенная за две точки, образует цепную линию , кривую с максимально низким центром тяжести, доступным любой цепи, подвешенной между двумя фиксированными точками. Затем в 1696 году он показал, что циклоида является решением проблемы брахистохроны .

Предшественник двигателя был разработан немецким ученым Отто фон Герике , который в 1650 году спроектировал и построил первый в мире вакуумный насос для создания вакуума, как было продемонстрировано в эксперименте с полушариями в Магдебурге . Он был вынужден создать вакуум, чтобы опровергнуть давнее предположение Аристотеля о том, что «природа не терпит пустоты» . Вскоре после этого ирландский физик и химик Бойль узнал о разработках Герике и в 1656 году совместно с английским ученым Робертом Гуком построил воздушный насос. Используя этот насос, Бойль и Гук заметили корреляцию давления и объема для газа: PV = k , где P — давление , V — объем , а k — константа: это соотношение известно как закон Бойля . В то время воздух считался системой неподвижных частиц и не интерпретировался как система движущихся молекул. Концепция теплового движения появилась два столетия спустя. Таким образом, публикация Бойля в 1660 году говорит о механическом понятии: воздушной пружине. ^[48] Позже, после изобретения термометра, свойство температуры могло быть количественно определено. Этот инструмент дал Гей-Люссаку возможность вывести свой закон , который вскоре привел к закону идеального газа . Но еще до установления закона идеального газа соратник Бойля по имени Дени Папен построил в 1679 году костный реактор, который представляет собой закрытый сосуд с плотно прилегающей крышкой, которая удерживает пар до тех пор, пока не будет создано высокое давление.

В более поздних конструкциях был реализован паровой выпускной клапан, чтобы машина не взорвалась. Наблюдая за тем, как клапан ритмично движется вверх и вниз, Папен задумал идею поршневого и цилиндрового двигателя. Однако он не довел свой проект до конца. Тем не менее, в 1697 году, основываясь на проектах Папена, инженер Томас Савери построил первый двигатель. Хотя эти ранние двигатели были грубыми и неэффективными, они привлекли внимание ведущих ученых того времени. Поэтому до 1698 года и изобретения двигателя Савери лошади использовались для приведения в действие шкивов, прикрепленных к ковшам, которые поднимали воду из затопленных соляных шахт в Англии. В последующие годы было построено больше вариаций паровых двигателей, таких как двигатель Ньюкомена , а позже двигатель Уатта . Со временем эти ранние двигатели в конечном итоге стали использоваться вместо лошадей. Таким образом, каждый двигатель начал ассоциироваться с определенным количеством «лошадиной силы» в зависимости от того, сколько лошадей он заменил. Основная проблема этих первых двигателей заключалась в том, что они были медленными и неуклюжими, преобразуя менее 2% входящего топлива в полезную работу. Другими словами, для получения лишь малой доли выходной работы требовалось сжигать большие количества угля (или древесины). Отсюда возникла потребность в новой науке о динамике двигателей.

В XVIII веке механика, основанная Ньютоном, была развита несколькими учеными, поскольку все больше математиков изучали исчисление и разрабатывали его первоначальную формулировку. Применение математического анализа к проблемам движения было известно как рациональная механика или смешанная математика (и позже было названо классической механикой ).

В 1714 году Брук Тейлор вывел основную частоту натянутой вибрирующей струны в терминах ее натяжения и массы на единицу длины, решив дифференциальное уравнение . Швейцарский математик Даниил Бернулли (1700–1782) провел важные математические исследования поведения газов, предвосхитив кинетическую теорию газов, разработанную более века спустя, и был назван первым математическим физиком. ^[49] В 1733 году Даниил Бернулли вывел основную частоту и гармоники подвешенной цепи, решив дифференциальное уравнение. В 1734 году Бернулли решил дифференциальное уравнение для колебаний упругого стержня, защемленного на одном конце. Трактовка Бернулли гидродинамики и его исследование потока жидкости были представлены в его работе 1738 года «Гидродинамика» .

Рациональная механика занималась в первую очередь разработкой сложных математических трактовок наблюдаемых движений, используя принципы Ньютона в качестве основы, и подчеркивала улучшение трактуемости сложных вычислений и разработку законных средств аналитического приближения. Представительный современный учебник был опубликован Иоганном Батистом Хорватом . К концу века аналитические трактовки были достаточно строгими, чтобы проверить устойчивость Солнечной системы исключительно на основе законов Ньютона без ссылки на божественное вмешательство — даже когда детерминистические трактовки таких простых систем, как задача трех тел в гравитации, оставались неразрешимыми. ^[50] В 1705 году Эдмунд Галлей предсказал периодичность кометы Галлея , Уильям Гершель открыл Уран в 1781 году, а Генри Кавендиш измерил гравитационную постоянную и определил массу Земли в 1798 году. В 1783 году Джон Мичелл предположил, что некоторые объекты могут быть настолько массивными, что даже свет не может покинуть их.

В 1739 году Леонард Эйлер решил обыкновенное дифференциальное уравнение для вынужденного гармонического осциллятора и заметил явление резонанса. В 1742 году Колин Маклорен открыл свои равномерно вращающиеся самогравитирующие сфероиды . В 1742 году Бенджамин Робинс опубликовал свои Новые принципы артиллерийского дела , положив начало науке аэродинамики. Британские работы, продолженные такими математиками, как Тейлор и Маклорен, отставали от континентальных разработок по мере развития столетия. Тем временем работа процветала в научных академиях на континенте, возглавляемых такими математиками, как Бернулли и Эйлер, а также Жозефом-Луи Лагранжем , Пьером-Симоном Лапласом и Адрианом-Мари Лежандром . В 1743 году Жан Лерон Д'Аламбер опубликовал свой трактат «Traité de dynamique» , в котором он ввел концепцию обобщенных сил для ускоряющихся систем и систем с ограничениями, а также применил новую идею виртуальной работы для решения динамической задачи, теперь известную как принцип Д'Аламбера , как конкурент второму закону движения Ньютона. В 1747 году Пьер Луи Мопертюи применил минимальные принципы к механике. В 1759 году Эйлер решил уравнение в частных производных для вибрации прямоугольного барабана. В 1764 году Эйлер исследовал уравнение в частных производных для вибрации круглого барабана и нашел одно из решений функции Бесселя. В 1776 году Джон Смитон опубликовал статью об экспериментах, связывающих мощность, работу , импульс и кинетическую энергию , и подтверждающих сохранение энергии . В 1788 году Лагранж представил свои уравнения движения в «Аналитической механике» , в которой вся механика была организована вокруг принципа виртуальной работы. В 1789 году Антуан Лавуазье сформулировал закон сохранения массы . Рациональная механика, разработанная в XVIII веке, получила изложение как в «Аналитической механике» Лагранжа , так и в «Трактате о небесной механике» Лапласа (1799–1825).

В XVIII веке термодинамика развивалась посредством теорий невесомых «невесомых жидкостей» , таких как тепло («теплород»), электричество и флогистон (которая была быстро опровергнута как концепция после того, как Лавуазье идентифицировал кислородный газ в конце века). Предполагая, что эти концепции были реальными жидкостями, их поток можно было проследить с помощью механического аппарата или химических реакций. Эта традиция экспериментирования привела к разработке новых видов экспериментальной аппаратуры, такой как Лейденская банка ; и новых видов измерительных приборов, таких как калориметр , и улучшенных версий старых, таких как термометр . Эксперименты также породили новые концепции, такие как понятие скрытой теплоты экспериментатора из Университета Глазго Джозефа Блэка и характеристика электрической жидкости филадельфийским интеллектуалом Бенджамином Франклином как текущей между местами избытка и недостатка (концепция позже была переосмыслена в терминах положительных и отрицательных зарядов ). В 1752 году Франклин также доказал, что молния — это электричество.

Принятая теория тепла в 18 веке рассматривала его как своего рода жидкость, называемую теплородом ; хотя эта теория позже была признана ошибочной, ряд ученых, придерживавшихся ее, тем не менее, сделали важные открытия, полезные для развития современной теории, включая Джозефа Блэка (1728–1799) и Генри Кавендиша (1731–1810). Противоположностью этой теплородной теории, которая была разработана в основном химиками, была менее принятая теория времен Ньютона о том, что тепло возникает из-за движения частиц вещества. Эта механическая теория получила поддержку в 1798 году благодаря экспериментам с пушечным сверлением графа Рамфорда ( Бенджамина Томпсона ), который обнаружил прямую связь между теплом и механической энергией.

Хотя в начале XVIII века было признано, что нахождение абсолютных теорий электростатической и магнитной силы, родственных принципам движения Ньютона, станет важным достижением, ничего не произошло. Эта невозможность постепенно исчезала по мере того, как экспериментальная практика становилась все более распространенной и более утонченной в первые годы XIX века в таких местах, как недавно созданный Королевский институт в Лондоне. Тем временем аналитические методы рациональной механики начали применяться к экспериментальным явлениям, наиболее влиятельно с аналитической обработкой французским математиком Жозефом Фурье потока тепла, опубликованной в 1822 году. ^{[51] [52] [53]} Джозеф Пристли предложил электрический закон обратных квадратов в 1767 году, а Шарль-Огюстен де Кулон ввел закон обратных квадратов электростатики в 1798 году.

В конце века члены Французской академии наук достигли явного доминирования в этой области. ^{[45] [54] [55] [56]} В то же время экспериментальная традиция, заложенная Галилеем и его последователями, сохранялась. Королевское общество и Французская академия наук были основными центрами для выполнения и сообщения экспериментальной работы. Эксперименты по механике, оптике, магнетизму , статическому электричеству , химии и физиологии не были четко отделены друг от друга в течение 18 века, но появились значительные различия в объяснительных схемах и, таким образом, в планировании эксперимента. Химические экспериментаторы, например, бросили вызов попыткам навязать схему абстрактных ньютоновских сил химическим аффилированным структурам и вместо этого сосредоточились на изоляции и классификации химических веществ и реакций. ^[57]

В 1821 году Уильям Гамильтон начал свой анализ характеристической функции Гамильтона. В 1835 году он сформулировал канонические уравнения движения Гамильтона .

В 1813 году Питер Эварт поддержал идею сохранения энергии в своей статье «О мере движущей силы » . В 1829 году Гаспар Кориолис ввел термины работа (сила, умноженная на расстояние) и кинетическая энергия в том значении, которое они имеют сегодня. В 1841 году Юлиус Роберт фон Майер , ученый- любитель , написал статью о сохранении энергии, хотя отсутствие у него академической подготовки привело к ее отклонению. В 1847 году Герман фон Гельмгольц формально сформулировал закон сохранения энергии.

В 1800 году Алессандро Вольта изобрел электрическую батарею (известную как вольтов столб ) и таким образом улучшил способ изучения электрических токов. Год спустя Томас Юнг продемонстрировал волновую природу света, которая получила сильное экспериментальное подтверждение в работах Огюстена-Жана Френеля  , и принцип интерференции. В 1820 году Ганс Христиан Эрстед обнаружил, что проводник с током создает вокруг себя магнитную силу, и в течение недели после того, как открытие Эрстеда достигло Франции, Андре-Мари Ампер обнаружил, что два параллельных электрических тока будут оказывать друг на друга силы. В 1821 году Майкл Фарадей построил двигатель, работающий на электричестве, а Георг Ом сформулировал свой закон электрического сопротивления в 1826 году, выразив связь между напряжением, током и сопротивлением в электрической цепи.

В 1831 году Фарадей (и независимо от него Джозеф Генри ) открыл обратный эффект — создание электрического потенциала или тока посредством магнетизма, известный как электромагнитная индукция ; эти два открытия легли в основу электродвигателя и электрогенератора соответственно.

В 19 веке связь между теплом и механической энергией была количественно установлена ​​Юлиусом Робертом фон Майером и Джеймсом Прескоттом Джоулем , которые измерили механический эквивалент тепла в 1840-х годах. В 1849 году Джоуль опубликовал результаты своей серии экспериментов (включая эксперимент с гребным колесом), которые показывают, что тепло является формой энергии, факт, который был принят в 1850-х годах. Связь между теплом и энергией была важна для разработки паровых двигателей, и в 1824 году была опубликована экспериментальная и теоретическая работа Сади Карно . Карно зафиксировал некоторые идеи термодинамики в своем обсуждении эффективности идеализированного двигателя. Работа Сади Карно послужила основой для формулировки первого закона термодинамики  — переформулировки закона сохранения энергии  , — который был сформулирован около 1850 года Уильямом Томсоном , позже известным как лорд Кельвин, и Рудольфом Клаузиусом . Лорд Кельвин, который в 1848 году распространил концепцию абсолютного нуля с газов на все вещества, опирался на инженерную теорию Лазаря Карно , Сади Карно и Эмиля Клапейрона , а также на эксперименты Джеймса Прескотта Джоуля по взаимозаменяемости механических, химических, тепловых и электрических форм работы, чтобы сформулировать первый закон.

Кельвин и Клаузиус также сформулировали второй закон термодинамики , который изначально был сформулирован в терминах того факта, что тепло не перетекает самопроизвольно от более холодного тела к более горячему. Другие формулировки последовали быстро (например, второй закон был изложен в влиятельной работе Томсона и Питера Гатри Тейта « Трактат о натуральной философии» ), и Кельвин, в частности, понял некоторые общие следствия закона. Второй закон — идея о том, что газы состоят из движущихся молекул — был подробно обсужден Даниилом Бернулли в 1738 году, но вышел из употребления и был возрожден Клаузиусом в 1857 году. В 1850 году Ипполит Физо и Леон Фуко измерили скорость света в воде и обнаружили, что она медленнее, чем в воздухе, в поддержку волновой модели света. В 1852 году Джоуль и Томсон продемонстрировали, что быстро расширяющийся газ охлаждается, что позже было названо эффектом Джоуля–Томсона или эффектом Джоуля–Кельвина. Герман фон Гельмгольц выдвигает идею тепловой смерти Вселенной в 1854 году, в том же году, когда Клаузиус установил важность dQ/T ( теорема Клаузиуса ) (хотя он еще не назвал эту величину).

В 1859 году Джеймс Клерк Максвелл открыл закон распределения молекулярных скоростей . Максвелл показал, что электрические и магнитные поля распространяются от своего источника со скоростью, равной скорости света, и что свет является одним из нескольких видов электромагнитного излучения, отличающимся от других только частотой и длиной волны. В 1859 году Максвелл разработал математику распределения скоростей молекул газа. Волновая теория света была широко принята ко времени работы Максвелла над электромагнитным полем, и впоследствии изучение света и изучение электричества и магнетизма были тесно связаны. В 1864 году Джеймс Максвелл опубликовал свои статьи по динамической теории электромагнитного поля и заявил, что свет является электромагнитным явлением в публикации 1873 года « Трактата Максвелла об электричестве и магнетизме» . Эта работа опиралась на теоретические работы немецких теоретиков, таких как Карл Фридрих Гаусс и Вильгельм Вебер . Инкапсуляция тепла в движении частиц и добавление электромагнитных сил к ньютоновской динамике создали чрезвычайно надежную теоретическую основу для физических наблюдений.

Предсказание, что свет представляет собой передачу энергии в форме волны через « светоносный эфир », и кажущееся подтверждение этого предсказания с обнаружением электромагнитного излучения учеником Гельмгольца Генрихом Герцем в 1888 году , было крупным триумфом физической теории и повысило вероятность того, что вскоре могут быть разработаны еще более фундаментальные теории, основанные на этом поле. ^{[58] [59] [60] [61]} Экспериментальное подтверждение теории Максвелла было предоставлено Герцем, который сгенерировал и обнаружил электрические волны в 1886 году и проверил их свойства, в то же время предвосхищая их применение в радио, телевидении и других устройствах. В 1887 году Генрих Герц открыл фотоэлектрический эффект . Исследования электромагнитных волн начались вскоре после этого, и многие ученые и изобретатели проводили эксперименты по их свойствам. В середине-конце 1890-х годов Гульельмо Маркони разработал систему беспроводной телеграфии на основе радиоволн ^[62] (см. изобретение радио ).

Атомная теория материи была вновь предложена в начале XIX века химиком Джоном Дальтоном и стала одной из гипотез кинетико-молекулярной теории газов, разработанной Клаузиусом и Джеймсом Клерком Максвеллом для объяснения законов термодинамики.

Кинетическая теория, в свою очередь, привела к революционному подходу к науке, статистической механике Людвига Больцмана (1844–1906) и Джозайи Уилларда Гиббса (1839–1903), которая изучает статистику микросостояний системы и использует статистику для определения состояния физической системы. Связывая статистическую вероятность определенных состояний организации этих частиц с энергией этих состояний, Клаузиус переосмыслил диссипацию энергии как статистическую тенденцию молекулярных конфигураций переходить к все более вероятным, все более дезорганизованным состояниям (введя термин « энтропия » для описания дезорганизации состояния). Статистические и абсолютные интерпретации второго закона термодинамики вызвали спор, который продлился несколько десятилетий (вызвав такие аргументы, как « демон Максвелла »), и который не считался окончательно разрешенным, пока поведение атомов не было твердо установлено в начале 20-го века. ^{[63] [64]} В 1902 году Джеймс Джинс нашел масштаб длины, необходимый для роста гравитационных возмущений в статической почти однородной среде.

В 1822 году ботаник Роберт Броун открыл броуновское движение : пыльцевые зерна в воде приходят в движение в результате их бомбардировки быстро движущимися атомами или молекулами в жидкости.

В 1834 году Карл Якоби открыл равномерно вращающиеся самогравитирующие эллипсоиды ( эллипсоид Якоби ).

В 1834 году Джон Рассел наблюдал незатухающую одиночную волну воды ( солитон ) в канале Юнион около Эдинбурга и использовал резервуар с водой для изучения зависимости скоростей одиночных волн воды от амплитуды волны и глубины воды. В 1835 году Гаспар Кориолис теоретически исследовал механическую эффективность водяных колес и вывел эффект Кориолиса . В 1842 году Кристиан Доплер предложил эффект Допплера .

В 1851 году Леон Фуко продемонстрировал вращение Земли с помощью огромного маятника ( маятника Фуко ).

В первой половине века были достигнуты важные успехи в механике сплошной среды , а именно: сформулированы законы упругости для твердых тел и открыты уравнения Навье–Стокса для жидкостей.

В конце 19 века физика достигла точки, в которой классическая механика могла справляться с очень сложными проблемами, включающими макроскопические ситуации; термодинамика и кинетическая теория были хорошо разработаны; геометрическая и физическая оптика могли быть поняты в терминах электромагнитных волн; и законы сохранения энергии и импульса (и массы) были широко приняты. Эти и другие разработки были настолько глубоки, что было общепризнано, что все важные законы физики были открыты и что отныне исследования будут связаны с прояснением незначительных проблем и, в частности, с улучшением методов и измерений.

Однако около 1900 года возникли серьезные сомнения относительно полноты классических теорий — например, триумф теорий Максвелла был подорван недостатками, которые уже начали проявляться — и их неспособностью объяснить определенные физические явления, такие как распределение энергии в излучении черного тела и фотоэлектрический эффект , в то время как некоторые теоретические формулировки приводили к парадоксам, когда доводились до предела. Выдающиеся физики, такие как Хендрик Лоренц , Эмиль Кон , Эрнст Вихерт и Вильгельм Вин, считали, что некоторая модификация уравнений Максвелла может стать основой для всех физических законов. Эти недостатки классической физики так и не были устранены, и потребовались новые идеи. В начале 20-го века мир физики потрясла крупная революция, которая привела к новой эре, обычно называемой современной физикой. ^[65]

В 19 веке экспериментаторы начали обнаруживать неожиданные формы излучения: Вильгельм Рентген произвел сенсацию своим открытием рентгеновских лучей в 1895 году; в 1896 году Анри Беккерель обнаружил, что некоторые виды материи испускают излучение сами по себе. В 1897 году Дж. Дж. Томсон открыл электрон , а новые радиоактивные элементы, обнаруженные Марией и Пьером Кюри, подняли вопросы о предположительно неразрушимом атоме и природе материи. Мари и Пьер ввели термин « радиоактивность », чтобы описать это свойство материи, и выделили радиоактивные элементы радий и полоний . Эрнест Резерфорд и Фредерик Содди идентифицировали две формы излучения Беккереля с электронами и элементом гелием . Резерфорд идентифицировал и назвал два типа радиоактивности и в 1911 году интерпретировал экспериментальные данные как показывающие, что атом состоит из плотного положительно заряженного ядра, окруженного отрицательно заряженными электронами. Однако классическая теория предсказывала, что эта структура должна быть нестабильной. Классическая теория также не смогла успешно объяснить два других экспериментальных результата, которые появились в конце 19 века. Одним из них была демонстрация Альберта А. Майкельсона и Эдварда В. Морли  — известная как эксперимент Майкельсона–Морли  — которая показала, что, по-видимому, не существует предпочтительной системы отсчета, находящейся в покое относительно гипотетического светоносного эфира , для описания электромагнитных явлений. Исследования радиации и радиоактивного распада продолжали оставаться главным направлением физических и химических исследований в течение 1930-х годов, когда открытие ядерного деления Лизой Мейтнер и Отто Фришем открыло путь к практическому использованию того, что стало называться «атомной» энергией .

В 1905 году 26-летний немецкий физик по имени Альберт Эйнштейн (тогда патентный служащий в Берне , Швейцария) показал, как измерения времени и пространства зависят от движения между наблюдателем и наблюдаемым объектом. Радикальная теория относительности Эйнштейна произвела революцию в науке. Хотя Эйнштейн внес много других важных вкладов в науку, теория относительности сама по себе представляет одно из величайших интеллектуальных достижений всех времен. Хотя концепция относительности не была введена Эйнштейном, он признал, что скорость света в вакууме постоянна, т. е. одинакова для всех наблюдателей, и является абсолютным верхним пределом скорости. Это не влияет на повседневную жизнь человека, поскольку большинство объектов движутся со скоростью, намного меньшей скорости света. Однако для объектов, движущихся со скоростью, близкой к скорости света, теория относительности показывает, что часы, связанные с этими объектами, будут идти медленнее, и что объекты сокращаются в длине в соответствии с измерениями наблюдателя на Земле. Эйнштейн также вывел уравнение E = mc2 ^, которое выражает эквивалентность массы и энергии .

Эйнштейн утверждал, что скорость света является постоянной во всех инерциальных системах отсчета и что электромагнитные законы должны оставаться действительными независимо от системы отсчета — утверждения, которые делали эфир «излишним» для физической теории, и которые утверждали, что наблюдения времени и длины изменяются относительно того, как наблюдатель движется относительно измеряемого объекта (то, что стало называться « специальной теорией относительности »). Из этого также следовало, что масса и энергия являются взаимозаменяемыми величинами в соответствии с уравнением E = mc2 . В другой статье, опубликованной в том же году, Эйнштейн утверждал, что электромагнитное излучение передается дискретными величинами (« ^{квантами} ») в соответствии с константой, которую физик-теоретик Макс Планк постулировал в 1900 году, чтобы прийти к точной теории распределения излучения черного тела  — предположение, которое объясняло странные свойства фотоэлектрического эффекта.

Специальная теория относительности — это формулировка взаимосвязи между физическими наблюдениями и концепциями пространства и времени. Теория возникла из противоречий между электромагнетизмом и ньютоновской механикой и оказала большое влияние на обе эти области. Первоначальный исторический вопрос заключался в том, имело ли смысл обсуждать переносящий электромагнитные волны «эфир» и движение относительно него, а также можно ли обнаружить такое движение, как это было безуспешно предпринято в эксперименте Майкельсона–Морли. Эйнштейн разрушил эти вопросы и концепцию эфира в своей специальной теории относительности. Однако его основная формулировка не включает в себя подробную электромагнитную теорию. Она возникает из вопроса: «Что такое время?» Ньютон в «Началах» ( 1686) дал недвусмысленный ответ: «Абсолютное, истинное и математическое время само по себе и по своей собственной природе течет равномерно без связи с чем-либо внешним и под другим именем называется длительностью». Это определение является основным для всей классической физики.

Эйнштейн был гениален, чтобы усомниться в этом, и обнаружил, что это было неполно. Вместо этого каждый «наблюдатель» обязательно использует свою собственную шкалу времени, и для двух наблюдателей, находящихся в относительном движении, их шкалы времени будут отличаться. Это вызывает связанный эффект на измерения положения. Пространство и время становятся переплетенными понятиями, фундаментально зависящими от наблюдателя. Каждый наблюдатель руководит своей собственной пространственно-временной структурой или системой координат. Поскольку нет абсолютной системы отсчета, все наблюдатели данных событий делают разные, но одинаково достоверные (и согласующиеся) измерения. То, что остается абсолютным, утверждается в постулате относительности Эйнштейна: «Основные законы физики идентичны для двух наблюдателей, которые имеют постоянную относительную скорость по отношению друг к другу».

Специальная теория относительности оказала глубокое влияние на физику: возникнув как переосмысление теории электромагнетизма, она обнаружила новый закон симметрии природы, теперь называемый симметрией Пуанкаре , который заменил старую симметрию Галилея .

Специальная теория относительности оказала еще одно долгосрочное влияние на динамику . Хотя изначально ей приписывали «объединение массы и энергии», стало очевидно, что релятивистская динамика установила четкое различие между массой покоя , которая является инвариантным (независимым от наблюдателя) свойством частицы или системы частиц, и энергией и импульсом системы. Последние два по отдельности сохраняются во всех ситуациях, но не инвариантны относительно разных наблюдателей. Термин масса в физике элементарных частиц претерпел семантическое изменение , и с конца 20-го века он почти исключительно обозначает массу покоя (или инвариантную массу) .

К 1916 году Эйнштейн смог обобщить это дальше, чтобы иметь дело со всеми состояниями движения, включая неравномерное ускорение, что стало общей теорией относительности. В этой теории Эйнштейн также определил новое понятие, кривизну пространства-времени, которое описывало гравитационный эффект в каждой точке пространства. Фактически, кривизна пространства-времени полностью заменила закон всемирного тяготения Ньютона. По мнению Эйнштейна, гравитационная сила в обычном смысле является своего рода иллюзией, вызванной геометрией пространства. Наличие массы вызывает кривизну пространства-времени вблизи массы, и эта кривизна диктует пространственно-временной путь, которому должны следовать все свободно движущиеся объекты. Из этой теории также было предсказано, что свет должен подвергаться гравитации — все это было проверено экспериментально. Этот аспект относительности объяснил явление огибания света вокруг Солнца, предсказал черные дыры, а также свойства космического микроволнового фонового излучения  — открытие, демонстрирующее фундаментальные аномалии в классической гипотезе стационарного состояния. За свои работы по теории относительности, фотоэлектрическому эффекту и излучению черного тела Эйнштейн получил Нобелевскую премию в 1921 году.

Постепенное принятие теорий относительности Эйнштейна и квантовой природы передачи света, а также модели атома Нильса Бора создало столько же проблем, сколько и решило, что привело к полномасштабным усилиям по восстановлению физики на новых фундаментальных принципах. Распространив относительность на случаи ускоряющихся систем отсчета (« общая теория относительности ») в 1910-х годах, Эйнштейн постулировал эквивалентность между инерционной силой ускорения и силой гравитации, что привело к выводу, что пространство искривлено и имеет конечные размеры, и к предсказанию таких явлений, как гравитационное линзирование и искажение времени в гравитационных полях.

Хотя теория относительности разрешила конфликт электромагнитных явлений, продемонстрированный Майкельсоном и Морли, второй теоретической проблемой было объяснение распределения электромагнитного излучения, испускаемого черным телом ; эксперимент показал, что на более коротких длинах волн, ближе к ультрафиолетовому концу спектра, энергия приближается к нулю, но классическая теория предсказывала, что она должна стать бесконечной. Это вопиющее несоответствие, известное как ультрафиолетовая катастрофа , было разрешено новой теорией квантовой механики . Квантовая механика — это теория атомов и субатомных систем. Примерно первые 30 лет 20-го века представляют собой время зарождения и развития теории. Основные идеи квантовой теории были введены в 1900 году Максом Планком (1858–1947), который был удостоен Нобелевской премии по физике в 1918 году за открытие количественной природы энергии. Квантовая теория (которая ранее основывалась на «соответствии» в больших масштабах между квантованным миром атома и непрерывностями «классического » мира) была принята, когда эффект Комптона установил, что свет переносит импульс и может рассеиваться частицами, и когда Луи де Бройль утверждал, что материю можно рассматривать как ведущую себя как волну, во многом так же, как электромагнитные волны ведут себя как частицы ( корпускулярно-волновой дуализм ).

В 1905 году Эйнштейн использовал квантовую теорию для объяснения фотоэлектрического эффекта, а в 1913 году датский физик Нильс Бор использовал ту же самую константу для объяснения стабильности атома Резерфорда , а также частот света, излучаемого водородным газом. Квантовая теория атома уступила место полномасштабной квантовой механике в 1920-х годах. Новые принципы «квантовой», а не «классической» механики, сформулированные в матричной форме Вернером Гейзенбергом , Максом Борном и Паскуалем Йорданом в 1925 году, основывались на вероятностной связи между дискретными «состояниями» и отрицали возможность причинности . Квантовая механика была широко разработана Гейзенбергом, Вольфгангом Паули , Полем Дираком и Эрвином Шредингером , которые в 1926 году создали эквивалентную теорию, основанную на волнах; Однако « принцип неопределенности » Гейзенберга 1927 года (указывающий на невозможность точного и одновременного измерения положения и импульса) и « копенгагенская интерпретация » квантовой механики (названная в честь родного города Бора) продолжали отрицать возможность фундаментальной причинности, хотя оппоненты, такие как Эйнштейн, метафорически утверждали, что «Бог не играет в кости со вселенной». ^[66] Новая квантовая механика стала незаменимым инструментом в исследовании и объяснении явлений на атомном уровне. Также в 1920-х годах работа индийского ученого Сатьендры Ната Бозе по фотонам и квантовой механике заложила основу для статистики Бозе–Эйнштейна , теории конденсата Бозе–Эйнштейна .

Теорема о спиновой статистике установила, что любая частица в квантовой механике может быть либо бозоном (статистически Бозе-Эйнштейн), либо фермионом (статистически Ферми-Дирак ). Позднее было обнаружено, что все фундаментальные бозоны передают силы, например, фотон, который переносит электромагнетизм.

Фермионы — это частицы «подобные электронам и нуклонам», которые являются обычными составляющими материи . Статистика Ферми–Дирака позже нашла множество других применений, от астрофизики (см. Вырожденная материя ) до проектирования полупроводников .

В то время как философски настроенные продолжали обсуждать фундаментальную природу вселенной, квантовые теории продолжали создаваться, начиная с формулировки Полем Дираком релятивистской квантовой теории в 1928 году. Однако попытки полностью квантовать электромагнитную теорию были заблокированы в течение 1930-х годов теоретическими формулировками, дающими бесконечные энергии. Эта ситуация не считалась адекватно решенной до окончания Второй мировой войны , когда Джулиан Швингер , Ричард Фейнман и Син-Итиро Томонага независимо друг от друга предложили технику перенормировки , которая позволила создать надежную квантовую электродинамику (КЭД). ^[67]

Между тем, новые теории фундаментальных частиц распространялись с появлением идеи квантования полей посредством « обменных сил », регулируемых обменом короткоживущими «виртуальными» частицами , которым было разрешено существовать в соответствии с законами, управляющими неопределенностями, присущими квантовому миру. В частности, Хидеки Юкава предположил, что положительные заряды ядра удерживаются вместе благодаря мощной, но короткодействующей силе, опосредованной частицей с массой между массой электрона и протона . Эта частица, « пион », была идентифицирована в 1947 году как часть того, что стало множеством частиц, открытых после Второй мировой войны. Первоначально такие частицы были обнаружены как ионизирующее излучение, оставленное космическими лучами , но все чаще стали производиться в более новых и более мощных ускорителях частиц . ^[68]

За пределами физики элементарных частиц значительными достижениями того времени были:

• изобретение лазера ( Нобелевская премия по физике 1964 года );
• теоретические и экспериментальные исследования сверхпроводимости , особенно создание квантовой теории сверхпроводимости Виталием Гинзбургом и Львом Ландау (Нобелевская премия по физике 1962 года) и, позднее, ее объяснение с помощью куперовских пар (Нобелевская премия по физике 1972 года). Куперовская пара была ранним примером квазичастиц .

Эйнштейн считал, что все фундаментальные взаимодействия в природе можно объяснить одной теорией. Единые теории поля были многочисленными попытками «слить» несколько взаимодействий. Одной из многих формулировок таких теорий (как и теорий поля в целом) является калибровочная теория , обобщение идеи симметрии. В конечном итоге Стандартная модель (см. ниже) преуспела в объединении сильных, слабых и электромагнитных взаимодействий. Все попытки объединить гравитацию с чем-то еще потерпели неудачу.

Когда Чьен-Шюн Ву в своем эксперименте нарушила четность в слабых взаимодействиях , после этого был сделан ряд открытий. ^[70] Взаимодействие этих частиц путем рассеяния и распада дало ключ к новым фундаментальным квантовым теориям. Мюррей Гелл-Манн и Юваль Нееман внесли некоторый порядок в эти новые частицы, классифицировав их в соответствии с определенными качествами, начиная с того, что Гелл-Манн назвал « Восьмеричным путем ». В то время как ее дальнейшее развитие, модель кварков , поначалу казалась неадекватной для описания сильных ядерных сил , что позволило временно подняться конкурирующим теориям, таким как S-матрица , создание квантовой хромодинамики в 1970-х годах завершило набор фундаментальных и обменных частиц, что позволило создать «стандартную модель», основанную на математике калибровочной инвариантности , которая успешно описала все силы, за исключением гравитации, и которая остается общепринятой в своей области применения. ^[66]

Стандартная модель, основанная на теории Янга–Миллса ^[71], группирует теорию электрослабого взаимодействия и квантовую хромодинамику в структуру, обозначенную калибровочной группой SU(3)×SU(2)×U(1). Формулировка объединения электромагнитных и слабых взаимодействий в стандартной модели принадлежит Абдусу Саламу , Стивену Вайнбергу и, впоследствии, Шелдону Глэшоу . Электрослабая теория была позже подтверждена экспериментально (наблюдением нейтральных слабых токов ), ^{[72] [73] [74] [75]} и отмечена Нобелевской премией по физике 1979 года. ^[76]

Начиная с 1970-х годов, фундаментальная физика частиц дала представление о ранней космологии Вселенной , в частности, о теории Большого взрыва , предложенной как следствие общей теории относительности Эйнштейна . Однако, начиная с 1990-х годов, астрономические наблюдения также предоставили новые проблемы, такие как необходимость новых объяснений галактической стабильности (« темная материя ») и кажущегося ускорения расширения Вселенной (« темная энергия »).

Хотя ускорители подтвердили большинство аспектов Стандартной модели, обнаружив ожидаемые взаимодействия частиц при различных энергиях столкновения, пока не найдено теории, примиряющей общую теорию относительности со Стандартной моделью, хотя многие теоретики считали суперсимметрию и теорию струн многообещающим направлением. Однако Большой адронный коллайдер , который начал работать в 2008 году, не смог найти никаких доказательств, подтверждающих суперсимметрию и теорию струн. ^[77]

Можно сказать, что космология стала серьезным исследовательским вопросом с публикацией Общей теории относительности Эйнштейна в 1915 году, хотя она не вошла в русло научного знания до периода, известного как « Золотой век общей теории относительности ».

Примерно десятилетие спустя, в разгар того, что было названо « Великим спором », Хаббл и Слайфер открыли расширение Вселенной в 1920-х годах, измеряя красные смещения доплеровских спектров от галактических туманностей. Используя общую теорию относительности Эйнштейна, Леметр и Гамов сформулировали то, что станет известно как теория большого взрыва . Конкурент, названный теорией стационарного состояния , был разработан Хойлом , Голдом , Нарликаром и Бонди .

Космическое микроволновое фоновое излучение было проверено в 1960-х годах Пензиасом и Уилсоном , и это открытие благоприятствовало Большому взрыву за счет сценария стационарного состояния. Более поздняя работа была проведена Смутом и др. (1989) среди других авторов, которые использовали данные со спутников Cosmic Background explorer (CoBE) и Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), которые уточнили эти наблюдения. 1980-е годы (то же десятилетие измерений COBE) также увидели предложение теории инфляции Аланом Гутом .

В последнее время проблемы темной материи и темной энергии вышли на первый план в повестке дня космологии.

4 июля 2012 года физики, работающие на Большом адронном коллайдере ЦЕРНа, объявили, что они открыли новую субатомную частицу, очень похожую на бозон Хиггса , потенциальный ключ к пониманию того, почему элементарные частицы имеют массу, и, действительно, к существованию разнообразия и жизни во Вселенной. ^[78] На данный момент некоторые физики называют ее «хиггсоподобной» частицей. ^[78] Джо Инкандела из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре сказал: «Это то, что в конечном итоге может стать одним из крупнейших наблюдений любых новых явлений в нашей области за последние 30 или 40 лет, начиная, например, с открытия кварков ». ^[78] Майкл Тернер , космолог из Чикагского университета и председатель совета директоров физического центра, сказал:

«Это важный момент для физики элементарных частиц и перепутье — станет ли это высшей точкой или первым из многих открытий, которые укажут нам путь к решению действительно важных вопросов, которые мы поставили?»

—  Майкл Тернер , Чикагский университет ^[78]

Питер Хиггс был одним из шести физиков, работавших в трех независимых группах, которые в 1964 году изобрели понятие поля Хиггса («космическая патока»). Другими были Том Киббл из Имперского колледжа в Лондоне ; Карл Хаген из Университета Рочестера ; Джеральд Гуральник из Университета Брауна ; и Франсуа Энглер и Роберт Браут , оба из Université libre de Bruxelles . ^[78]

Хотя их никогда не видели, поля, подобные хиггсу, играют важную роль в теориях вселенной и в теории струн. При определенных условиях, согласно странному учету эйнштейновской физики, они могут быть наполнены энергией, которая оказывает антигравитационную силу. Такие поля были предложены в качестве источника огромного взрыва расширения, известного как инфляция, в начале вселенной и, возможно, как секрет темной энергии, которая теперь, кажется, ускоряет расширение вселенной. ^[78]

С ростом доступности и разработкой передовых аналитических методов в 19 веке физика определялась не меньше, если не больше, этими методами, чем поиском универсальных принципов движения и энергии и фундаментальной природы материи. Такие области, как акустика , геофизика , астрофизика , аэродинамика , физика плазмы , физика низких температур и физика твердого тела , присоединились к оптике, гидродинамике , электромагнетизму и механике как областям физических исследований. В 20 веке физика также стала тесно связана с такими областями, как электротехника , аэрокосмическая техника и материаловедение , и физики начали работать в государственных и промышленных лабораториях так же, как и в академических учреждениях. После Второй мировой войны численность физиков резко возросла и стала сосредоточена в Соединенных Штатах, в то время как в последние десятилетия физика стала более интернациональным занятием, чем когда-либо в своей предыдущей истории.

• История астрономии ( хронология )
• История конденсированного состояния ( хронология )
  • История аэродинамики
  • История материаловедения ( хронология )
  • История механики жидкости ( хронология )
  • История метаматериалов
  • История нанотехнологий
  • История сверхпроводимости
• История вычислительной физики ( хронология )
• История электромагнитной теории ( хронология )
  • История электротехники
  • История классической теории поля
  • История уравнений Максвелла
  • История оптики
  • История спектроскопии
• История геофизики
• История гравитации, пространства-времени и космологии
  • История теории Большого взрыва
  • История космологии ( хронология )
  • История теории гравитации ( хронология )
  • История общей теории относительности
  • История специальной теории относительности ( хронология )
    • История преобразований Лоренца
• История классической механики ( хронология )
  • История вариационных принципов в физике
• История ядерной физики
  • Открытие ядерного деления
  • История ядерного синтеза
  • История атомной энергетики
  • История ядерного оружия
• История квантовой механики ( хронология )
  • Атомная теория
  • История молекулярной теории
  • История квантовой теории поля
  • История квантовой информации ( хронология )
  • История субатомной физики ( хронология )
• История термодинамики ( хронология )
  • История энергетики
  • История энтропии
  • История вечных двигателей

• Открытие космического микроволнового фонового излучения
• История графена
• Первое наблюдение гравитационных волн
• Субатомные частицы ( хронология )
  • Поиск бозона Хиггса
  • Открытие нейтрона

• Классическая физика
• Коперниканская революция
• Золотой век физики
• Золотой век космологии
• Современная физика
• Физика в средневековом исламском мире
  • Астрономия в средневековом исламском мире
• Шумная эра квантовых сред

• Бухвальд, Джед З. и Роберт Фокс, ред. Оксфордский справочник по истории физики (2014) 976 стр.; отрывок
• Байерс, Нина; Уильямс, Гэри (2006). Из тени: вклад женщин двадцатого века в физику . Cambridge University Press. ISBN 0-521-82197-5.
• Кроппер, Уильям Х. (2004). Великие физики: жизнь и эпоха ведущих физиков от Галилея до Хокинга . Oxford University Press. ISBN 0-19-517324-4.
• Dear, Peter (2001). Революция в науках: европейское знание и его амбиции, 1500–1700 . Принстон: Princeton University Press. ISBN 0-691-08859-4. OCLC  46622656..
• Гамов, Джордж (1988). Великие физики от Галилея до Эйнштейна . Dover Publications. ISBN 0-486-25767-3.
• Хейлброн, Джон Л. (2005). Оксфордский путеводитель по истории физики и астрономии . Oxford University Press. ISBN 0-19-517198-5.
• Най, Мэри Джо (1996). До большой науки: стремление к современной химии и физике, 1800–1940 . Нью-Йорк: Twayne. ISBN 0-8057-9512-X. OCLC  185866968..
• Сегре, Эмилио (1984). От падающих тел к радиоволнам: классические физики и их открытия . Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 0-7167-1482-5. OCLC  9943504..
• Сегре, Эмилио (1980). От рентгеновских лучей до кварков: современные физики и их открытия . Сан-Франциско: WH Freeman. ISBN 0-7167-1147-8. OCLC  237246197..
• Уивер, Джефферсон Х. (редактор) (1987). Мир физики . Саймон и Шустер. ISBN 0-671-49931-9. {{cite book}}: |author=имеет общее название ( помощь ) Подборка из 56 статей, написанных физиками. Комментарии и заметки Ллойда Мотца и Дейла Макэду.
• де Хаас, Пол, «Исторические труды по физике (XX век)»

• «Избранные труды об Исааке Ньютоне и его учении» из The Newton Project.