ИСТОРИЯ И МЕТОДОЛОГИЯ ФИЗИКИ

ИСТОРИЯ И МЕТОДОЛОГИЯ ФИЗИКИ
Кафедра экспериментальной физики
Факультет физико-математических и естественных наук
Обязательный курс
Объем учебной нагрузки: 35 час. - лекции
Содержание курса
ВВЕДЕНИЕ
Предмет и задачи курса. Общая характеристика исторического развития
физики. Предыстория физики. Эпоха античности. Средние века. Эпоха
Возрождения. Период становления физики как науки. Период классической
физики. Период современной физики. Основные понятия и представления
физики.
Тема 1. История механики
Зарождение механики как науки. Механика Аристотеля. Архимед.
Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы мира. Учение Птолемея.
Учение Коперника. Законы Кеплера. Предшественники Ньютона: Галилей,
Декарт, Гюйгенс. Механика Ньютона. «Математические начала натуральной
философии». Закон всемирного тяготения. Ньютонова система мира.
Пространство и время. Развитие механики после Ньютона: Эйлер, Даламбер.
Аналитическая механика Лагранжа. Механика Гамильтона. Вариационные
принципы механики. Теория устойчивости. Статистическая механика.
Фазовое пространство. Нелинейная механика. Стохастическая динамика.
Границы применимости классической механики.
Тема 2. Развитие представлений об электромагнетизме
Первые сведения об электричестве и магнетизме. Уильям Гильберт- «отец
науки об электричестве». Основные электрические и магнитные понятия.
Лейденская банка. Закон Кулона. Электрический ток – Гальвани. Источники
постоянного электрического тока – Вольта. Тепловое, световое и химическое
действия тока. Исследования Фарадея. Идея об электромагнитном поле.
Силовые линии. Связь электрических и магнитных явлений. Эрстед, Ампер,
Био, Савар, Лапалас. Электродинамика Максвелла. Закон сохранения
энергии. Максвелловский тензор напряжений. Тензор энергии-импульса.
Тензор
энергии-импульса
Абрагама
и
Минковского.
Развитие
электродинамики сплошных сред. Пространственная и временная дисперсия.
Пондеромоторные силы. Магнитная гидродинамика. Электродинамика
плазмы. Развитие теории поля. Гамильтонов и Лагранжев формализм в
электродинамике. Реакция излучения. Магнитный монополь.
Тема 3. Развитие оптики
Оптические явления в представлениях древних мыслителей. Законы
геометрической оптики. Принцип Ферма. Явление дисперсии света (Марци,
Ньютон). Явление дифракции света (Гримальди, Гук). Корпускулярная
теория света Ньютона. Волновая теория света (Гюйгенс, Юнг, Френель).
Явление поляризации света (Малюс, Араго, Брюстер, Николь и др.).
Измерения скорости света. Аналогия между механикой и геометрической
оптикой (Гамильтон). Нелинейные оптические явления. Эфир как
светоносная среда. Опыты по обнаружению эфира. Противоречия,
приведшие к созданию теории относительности. Лоренцовское сокращение
длины. Преобразования Лоренца. Создание Эйнштейном частной теории
относительности. Принцип относительности. Пространство и время.
Парадоксы теории относительности. Релятивистская ковариантность
уравнений Максвелла. Релятивистская механика. Сверхсветовые частицы.
Тема 4. Представления о теплоте
Идея Платона о теплороде, как носителе тепла. Идея о том, что тепло есть
состояние движения внутренних частей тел (Бойль, Гук, Бернулли, Эйлер).
Борьба этих идей. Различные шкалы температур. Развитие теории теплоты на
основе идеи о теплороде как особой невесомой материи. Цикл Карно.
Создание термодинамики как науки об изучении тепловой формы движения
материи (Кельвин, Клаузиус). Начала термодинамики. Энтропия и ее
вероятностная интерпретация (Больцман). Статистическое обоснование
термодинамики. Статистическая физика. Кинетическая теория равновесных
состояний и неравновесных процессов. Цепочка Боголюбова. Проблема
замыкания цепочки. Кинетические уравнения. Проблема необратимости.
Выделение самостоятельного раздела науки – термодинамики неравновесных
процессов в 50х годах ХХ века (Онсагер, Пригожин). Самоорганизация
открытых систем.
Тема 5. Представления об атоме
Возникновение представлений об атоме. Атомная гипотеза в многовековый
период гонений. Атомная гипотеза Дальтона. Открытие электрона. Х-лучи и
«лучи Беккереля». Спектры атомов. Модели атома. Ядерная модель. Зарождение
квантовых представлений. Парадоксы в теории излучения черного тела. Открытие
Планком кванта действия. Гипотеза Эйнштейна о световых квантах. Боровские
представления об атоме. Триумф теории Бора и ее несостоятельность. Создание
квантовой механики. Волны материи. Матричная квантовая механика. Волновая
механика. Волны вероятностей. Неопределенность и дополнительность. Победа
копенгагенской интерпретации квантовой механики. Другие интерпретации
квантовой механики. Дальнейшее развитие квантовой теории. «Парадоксы»
квантовой механики. Современные представления об атоме.
Тема 6. Современная физическая картина мира
«Элементарные» частицы. Фундаментальные постоянные физики.
Вселенная. Гравитация. Завершена ли физическая картина мира?
Рефераты. История жизни и творческой деятельности
1. Аристотель
2. Демокрит
3. Архимед
4. Тит Лукреций Кар «О природе вещей»
5. Коперник
6. Кеплер
7. Галилей
8. Гюйгенс
9. Торричелли
10. Ньютон
11. Эйлер
12. Гамильтон
13. Лагранж
13. Клаузиус
14. Лорд Кельвин
15. Гельмгольц
16. Больцман
17. Максвелл
18. Резерфорд
19. Бор
20. Планк
21. Паули
22. Гайзенберг
23. Шредингер
24. Де Бройль
25. М.В. Ломоносов
26. П.Н. Лебедев
27. Н.Н. Боголюбов
28. С.И. Вавилов
29. И.Е. Тамм
30. Л.Д. Ландау
31. Н.Г. Басов и А.М. Прохоров
32. П. Капица
33. В.Л. Гинзбург
Литература
Обязательная
1. Я.Г. Дорфман. Всемирная история физики. Ч.1 и 2. М.: Наука, 1974
2. М. Льоцци. История физики. М.: Мир, 1970
3. А.И. Ансельм. Очерки развития физической теории в первой трети ХХ
века. М.: Наука, 1986
4. М. Джеммер. Эволюция понятий квантовой механики. М.: Наука, 1985
5. В.П. Милантьев. История и методология физики. М.: Изд. РУДН, 2007
Дополнительная
1. М. Планк. Единство физической картины мира. М.: Наука, 1966
2. Сб. Очерки развития основных физических идей. М.: Наука, 1959.
3. А. Эйнштейн. Эволюция физики. М.: Устойчивый мир, 2001.
4. В. Паули. Физические очерки. М.: Наука, 1975
5. В.Л.Гинзбург УФН. 169(4), с. 419, 1999; 172(2), с.213, 2002.
Программа составлена
Милантьев В.П.
Доктор физико-математических наук, профессор,
Кафедра экспериментальной физики
Факультет физико-математических и естественных наук