Skip to content

⚛️Origins & Evolution

Физик · Выводит и проверяет математические законы, управляющие материей, энергией, пространством и временем, от одинокой классной доски до статьи о коллайдере частиц, написанной 3000 авторами.

Share

Физика необычна среди академических дисциплин тем, как далеко уходит ее история и насколько непосредственно до сих пор используются ее древнейшие результаты: сегодня студент-инженер изучает принцип плавучести Архимеда, по существу, не изменившийся по сравнению с тем, как он сформулировал его в третьем веке до нашей эры, более чем за две тысячи лет до того, как кто-либо использовал слово «физик».

История проходит через настойчивость Золотого века ислама в контролируемом эксперименте, союз математики и наблюдения в Научной революции, объединение электричества, магнетизма и света в девятнадцатом веке, а также двадцатый век, который дважды демонтировал часовой механизм Ньютона — сначала с помощью теории относительности, затем с помощью квантовой механики — прежде чем превратить саму физику в совместное предприятие государственного масштаба.

Where it began

в. 250 г. до н.э.Сиракузы, Сицилия

Архимед разрабатывает принцип плавучести (когда плавающее или погруженное тело вытесняет вес жидкости, равный силе, выталкивающей его вверх), а также математику рычагов и простых машин, как сообщается, проверяя корону царя Гиеро II на чистоту золота, измеряя, сколько воды она вытеснила. Его метод, использующий математику для получения точных, проверяемых правил о физических объектах, является самым ранним сохранившимся примером того, что позже будет названо физикой.

Timeline

в. 250 г. до н.э.Архимед сформулировал принцип плавучести.

Архимед установил, что тело вытесняет собственный объем жидкости, как сообщается, чтобы проверить, была ли корона царя Гиерона II чистым золотом, и вывел математические расчеты рычагов и простых машин в Сиракузах.

1021Ибн аль-Хайсам завершает «Книгу оптики».

Работая в Каире, Ибн аль-Хайсам заканчивает семитомный «Китаб аль-Маназир», используя контролируемые эксперименты, чтобы показать, что зрение работает за счет попадания света в глаз, а не за счет испускания лучей глазом, что является основополагающим текстом экспериментального метода.

1609Галилей направляет телескоп к небу

Галилей строит свой собственный телескоп в Падуе, наблюдает за горами Луны и, в течение нескольких месяцев, за четырьмя спутниками, вращающимися вокруг Юпитера, — доказательство того, что не все на небесах вращается вокруг Земли.

1687Ньютон публикует «Начала».

В «Philosophiae Naturalis Principia Mathematica» Исаака Ньютона изложены законы движения и всемирного тяготения, объединяющие физику падающих яблок и вращающихся вокруг планет в одной математической структуре.

1831Фарадей открыл электромагнитную индукцию

Майкл Фарадей показывает, что изменяющееся магнитное поле индуцирует электрический ток — принцип, лежащий в основе каждого построенного с тех пор электрического генератора, трансформатора и двигателя.

1865Максвелл объединяет электричество, магнетизм и свет.

Джеймс Клерк Максвелл публикует уравнения, показывающие, что электричество и магнетизм — две стороны одного поля, а свет сам по себе — это электромагнитная волна, движущаяся с предсказуемой скоростью.

1900Планк вводит квант

Макс Планк показывает, что излучение горячего объекта соответствует наблюдениям только в том случае, если энергия излучается дискретными пакетами или квантами — предположение, которое он рассматривает как математический трюк, который, как оказывается, описывает нечто реальное.

1905Чудесный год Эйнштейна

Работая патентным клерком в Берне, Альберт Эйнштейн за один год публикует четыре статьи по специальной теории относительности, фотоэлектрическому эффекту и броуновскому движению, изменяя основные физические концепции пространства, времени, массы и света.

1942Ферми достигает первой управляемой цепной реакции.

Команда Энрико Ферми запускает «Чикагскую свалку-1», первую рукотворную самоподдерживающуюся цепную ядерную реакцию, построенную под футбольным стадионом Чикагского университета — в тот момент, когда физика перестанет быть дисциплиной для небольших групп и станет «большой наукой» государственного масштаба.

2012В ЦЕРНе открыт бозон Хиггса

Две международные коллаборации, объединяющие примерно 3000 физиков в каждой, ATLAS и CMS, объявляют об открытии бозона Хиггса на Большом адроном коллайдере, подтверждая последнюю неподтвержденную часть Стандартной модели почти через 50 лет после того, как она была предсказана.

The eras

Изображение Ибн аль-Хайсама, средневекового ученого, основоположника экспериментальной оптики.
Adolph Boÿ, engraved by Jeremias Falck. Used as the frontispiece to Johannes Hevelius, Selenographia, 1647 · Public domain · Wikimedia Commons
в. 250 г. до н.э. – 1543 г.

Натуральная философия до научного метода

От Архимеда до Ибн аль-Хайсама исследователи физического мира работали в рамках более широкой традиции натурфилософии, смешанной с теологией, математикой и медициной, и не имея отдельной профессиональной идентичности. Настойчивость Ибн аль-Хайсама в контролируемых, повторяемых экспериментах в его «Книге оптики» (1021 г.) часто считается самым ясным ранним утверждением того, что стало научным методом, за столетия до европейской научной революции.

Портрет Галилео Галилея
Justus Sustermans · Public domain · Wikimedia Commons
1543–1687

Научная революция

Гелиоцентрическая модель Коперника 1543 года, телескопические наблюдения Галилея и суд над ним инквизицией 1633 года, а также законы движения планет Кеплера вместе подорвали авторитет древней и одобренной церковью физики. Затем «Начала» Ньютона 1687 года предоставили математический синтез — законы движения и всемирного тяготения, — на который указывали остальные свидетельства той эпохи.

Портрет Джеймса Клерка Максвелла
Unknown author Unknown author · Public domain · Wikimedia Commons
1687–1900

Классическая физика становится зрелой

Механика Ньютона распространилась на термодинамику, статистическую механику и, благодаря экспериментам Фарадея и уравнениям Максвелла, полную теорию электромагнетизма, которая предсказала, что свет сам по себе является электромагнитной волной. Слово «физик» было придумано только в 1840 году английским эрудитом Уильямом Уэвеллом, когда университеты начали создавать специальные кафедры и журналы для дисциплины, которая переросла старый ярлык натуральной философии.

Групповая фотография физиков на Сольвеевской конференции 1927 года.
Benjamin Couprie · Public domain · Wikimedia Commons
1900–1945

Квантовая и релятивистская революция

Квантовая гипотеза Планка, теория относительности Эйнштейна и квантовая механика, разработанная Бором, Гейзенбергом и Шредингером, дважды за три десятилетия опрокинули детерминированную вселенную Ньютона, и эти дебаты наиболее ярко запечатлены на фотографиях с Сольвеевской конференции 1927 года. Эра завершилась мобилизацией физики для войны: Манхэттенский проект превратил теоретическую ядерную физику в программу создания оружия промышленного масштаба.

Интерьер туннеля Большого адронного коллайдера в ЦЕРН
Arpad Horvath · CC BY-SA 2.5 · Wikimedia Commons
1945 – настоящее время

Эпоха большой науки

Послевоенная физика перешла от одиночных лабораторий к финансируемым государством мегаустановкам: ЦЕРН, основанный в 1954 году двенадцатью европейскими государствами, теперь управляет Большим адронным коллайдером, открытие бозона Хиггса в котором в 2012 году потребовало сотрудничества примерно 3000 физиков каждый. Космические телескопы, детекторы гравитационных волн и статьи тысяч авторов сделали сотрудничество большой команды, а не индивидуального гения, доминирующей рабочей моделью в этой области.

What this job replaced

Neighbouring trades that no longer exist — absorbed, automated or regulated away.

Натурфилософ

до 1840-х годов

До того, как слово «физик» было придумано Уильямом Уэвеллом в 1840 году, люди, исследующие физический мир, называли себя натурфилософами. Это название охватывало химию, биологию и то, что позже выделилось в физику под одним широким зонтиком. По мере того, как в XIX веке университеты создавали специализированные кафедры физики и журналы, старое и широкое название вышло из употребления.

Человек-компьютер

1900–1950-е годы

До появления электронных компьютеров исследовательские группы по физике, в том числе Манхэттенский проект в Лос-Аламосе, использовали комнаты людей, непропорционально женщин, для выполнения повторяющихся числовых расчетов, которые теория требовала проверки вручную или с помощью механических калькуляторов. Электронные компьютеры, такие как ENIAC (1945) и его преемники, взяли на себя эту работу в 1950-х годах, и название должности исчезло.

Странствующий демонстратор электротехники

1740–1850-е гг.

До того, как физика обосновалась в университетах, шоумены гастролировали по Европе и Америке, демонстрируя электричество и магнетизм в качестве публичного зрелища — заряжая лейденские банки, «электрифицируя» добровольцев, привлеченных из зала — частично развлечение, частично научно-популярное образование. По мере того как эта дисциплина превращалась в лаборатории и лекционные курсы, странствующий демонстратор практически исчез.

Trades that vanished →

Почти каждый скачок в этой истории следует одной и той же схеме: аномалия, которую существующая теория не могла объяснить — корона, которая может быть не из чистого золота, звездный свет, изгибающийся вблизи Солнца, ядро, которое не перестанет расщепляться — приводит к созданию новой математической модели, которая затем проверяется на соответствие природе, пока она либо не выживет, либо не сломается.

Переход от работы Ньютона в основном в одиночку к работе над бозоном Хиггса с примерно тремя тысячами соавторов является наиболее значимым недавним изменением в этой области, и он поднимает вопрос, к которому продолжает возвращаться остальная часть этого описания: что вообще означает индивидуальная научная заслуга в эпоху, когда ни один человек не может правдоподобно утверждать, что сделал открытие в одиночку?

Similar professions

🧬

Биолог

Ученый, который изучает саму жизнь, от того, что Линней давал имена видам вручную, до редактирования геномов с помощью CRISPR, до сих пор проверяет каждую идею на живом организме.

AI-resistant 64
🏗️

Архитектор

Проектирует здания, которые должны стоять, соответствовать нормам, нравиться клиенту и стоить правильную сумму, а в противном случае несет юридическую ответственность.

AI-resistant 78
💱

Экономист

Исследователи дефицита — от булавочной фабрики Адама Смита до комнаты принятия решений в центральном банке — по-прежнему просили предсказать то, что ни одна модель не отражает в полной мере.

AI-resistant 62
🎬

Кинорежиссер

Превращает сценарий в готовый фильм, продумывая каждый кадр, исполнение и монтаж, а затем убеждает продюсера, студию и аудиторию, что идея стоит затраченного бюджета.

AI-resistant 73
🧪

Химик

Ученый, который сам создаёт и измеряет материю — от вавилонских духов Таппути до сегодняшних роботизированных лабораторий, и всё же тот, кто решает, что означает спектр.

AI-resistant 70
👔

Адвокат

Консультирует клиентов, составляет документы, обязывающие их, и аргументирует их дело, когда оно доходит до суда, неся личную юридическую ответственность, если совет окажется неверным.

AI-resistant 58

Continue exploring

Keep exploring

More in Science & Research

🧬

Биолог

Ученый, который изучает саму жизнь, от того, что Линней давал имена видам вручную, до редактирования геномов с помощью CRISPR, до сих пор проверяет каждую идею на живом организме.

AI-resistant 64
🧪

Химик

Ученый, который сам создаёт и измеряет материю — от вавилонских духов Таппути до сегодняшних роботизированных лабораторий, и всё же тот, кто решает, что означает спектр.

AI-resistant 70
📊

Специалист по данным

Находит закономерности и строит прогнозные модели на основе данных — должность 2008 года, основанная на трех столетиях подсчета, тестирования и визуализации доказательств.

AI-resistant 38
🔭

Астроном

Ученый, который измеряет Вселенную, от вавилонских глиняных табличек до космических телескопов, все еще решает, какое мерцание данных является открытием.

AI-resistant 70
🧮

Математик

От вавилонских писцов до медалистов Филдса и доказательства с помощью искусственного интеллекта: профессия, которая превращает сложные вопросы в постоянную уверенность, по одной теореме за раз.

AI-resistant 70
🧿

Квантовый инженер

Создает, измеряет и контролирует устройства, использующие квантовые состояния для вычислений, зондирования, связи и исследования материалов.

AI-resistant 78
🧫

Специалист по клиническим данным

Использует данные клинических исследований, исследований и системы здравоохранения для получения надежных данных для более безопасного ухода, исследований и операционных решений.

AI-resistant 68