Большая Медицинская Энциклопедия

Физика


ФИЗИКА, наука, изучающая совместно с химией общие законы превращения энергии и материи. В основе обеих наук лежат два основных закона естествознания—закон сохранения массы (закон Ломоносова, Лавуазье) и закон сохранения энергии (Р. Майер, Джауль и Гельм-гольц). В прежнее время к Ф. относились такие превращения, при к-рых состав вещества не изменяется. Химическими превращениями считали такие, при к-рых вещество претерпевает в течение процесса глубокие изменения. Позднее были указаны переходы, где физические и химические явления тесно переплетались друг с другом, и поэтому разграничение физических и хим. явлений представляется в наст. время невозможным. При историческом развитии Ф. был выделен целый ряд отделов, к-рые носили самостоятельный характер без связи с соседними областями, причем ввРачале при разделении Ф. большую роль играли ощущения, получаемые нашими органами чувств при восприятии явлений природы. Т. о. выделилось учение о звуке, учение о свете, учение о теплоте и т. д. Вся физика разделилась на ряд независимых друг от друга областей, среди которых основной была механика, представлявшая собой благодаря стройной системе, созданной Ньютоном, тип точной науки, выводившей все положения из трех аксиом или законов движения. Наряду с движением точки, изученным Ньютоном, было изучено впоследствии движение системы точек, движение идеального твердого тела, движение жидкостей и газов, не имеющих трения. При этом как твердые тела, так и жидкости и газы представлялись непрерывными, лишенными внутренней структуры. Изучение механических процессов, лежащих в основе акустических явлений, привело Ф. к созданию математической теории звука, к-рая явилась дальнейшим развитием механики (аэро- и гидродинамики). Теоретические исследования волновых процессов показали существование в звуковых волнах диффракции и интерференции, тщательно изученных на опыте. Эксперименты обнаружили далее в световых процессах интерференцию и диффракцию, сблизив оптику и акустику. Т. о. естественно было предполоясить существова- ние особой материальной среды, эфира, в к-рой возникают волны, связанные со световыми явлениями.Пользуясь скоростью световых процессов, были сделаны даже расчеты плотности и упругости эфира. Эти расчеты показали, что эфир должен быть телом, плотность к-рого значительно меньше плотностей известных газов в наиболее разреженном состоянии и упругость которого- должна значительно превосходить упругость стали. Открытие поляризации (см.) света, связанной с поперечноетью световых колебаний, привело к дальнейшим аналогиям свойств эфира со свойствами твердого тела. Можно было думать, что оптические явления целиком могуг объясняться механикой, на к-рую стали смотреть как на основу всякой точной науки, создающей рациональное объяснение явлений. Появление зачатков кинетической теории газов (см. Кинетическая теория) позволило вначале думать, что явления в газообразной среде можно также объяснить, прибегая исключительно к механическим законам. Создание механической теории тепла, связавшей механические процессы в теле с процессами тепловыми, еще более укрепило уверенность в универсальном значении механики. Опыты в области электричества заставили физиков предположить существование связи между явлениями оптическими и явлениями электрическими. Глубокий анализ электрических и световых явлений мы находим в бессмертном сочинении Максвелла, где показано, что электромагнитные возмущения распространяются в среде со скоростью, равной отношению электромагнитных и электростатических единиц. Это отношение равно скорости света. Электромагнитные процессы и процессы световые представляются явлениями одного и того же рода, происходящими в одной и той же среде, так что можно было говорить об электромагнитной природе светового луча. Т. о. создалась электромагнитная теория света, в к-рой световой процесс и процесс распространения электромагнитной индукции, вызванной размыканием и замыканием тока, сводится к явлениям в эфире, отличающимся только количественно. Если вначале были установлены связи между акустикой и оптикой и можно было думать о механическом истолковании световых явлений, то исследования Максвелла, Герца, Лебедева, Рубенса и др. (световое давление, отражение инфракрасных волн от металлов) заставили считать, что только кинематическая сторона явлений, связанная с волнообразной природой процесса, является у звука и света одинаковой. Сущность оптического процесса связана с электромагнитными явлениями, происходящими в эфире. Ф. в это время делится на Ф. материи и Ф. эфира. Изучение движения материи в эфире приводит исследователей к ряду противоречий; обозначаемых обыкновенно в истории вопроса как период кризиса учения об эфире. В это время возникает учение о неподвижном эфире, не увлекаемом движущейся материей, устанавливается знаменитая система преобразований Лоренца, приводящая к представлениям о контракции движущихся тел. Это движение науки завершается установлением принципа относительности (Эйнштейн), к-рый показывает, что, если принять во внимание все эксперименты над световыми процессами, протекающими в движущихся телах, приходится признать, что, находясь на движущемся прямолинейно и равномерно теле, нельзя устано- «53 654: вить, находится ли тело в движении или в покое. Это приводит к признанию таких свойств эфира, к-рых мы совершенно не можем связать с представлением о каком-либо веществе. В противоположность всем опытам, известным из акустики, скорость света должна быть независимой от состояния покоя или движения наблюдателя. Принцип относительности дал крупнейшие обобщения механики, показав во-первых, что тело во время движения изменяет свою форму, что время на движущемся теле иное, чем на покоящемся, что энергия является эквивалентной массе тела, так что каждая масса связана с определенным запасом энергии и энергия несет с собой определенную массу. Связь между энергией Е, массой т *t скоростью света «выражается формулой: т= -^. Наконец принципом относительности устанавливается изменение массы во время ее движения со скоростью v, в виде т = —-^----, где т0—покоящаяся к*-а1 масса. Дальнейшие исследования Эйнштейна позволили обобщить вышеупомянутый малый или частный принцип относительности и установить, что все движения в природе относительны. Обобщенный принцип относительности приводит во-первых к объяснению явления движения перигелия Меркурия, к установлению притяжения светового луча тяжелыми ■телами и к установлению смещения спектральных линий красной части спектра под влиянием тяготения. Все заключения обобщенного принципа относительности получили опытные подтверждения. Изучение тепловых процессов привело к установлению двух принципов термодинамики, которые свели задачи учения о теплоте к математическим задачам. Термодинамика с ее строгостью и последовательностью получила такой же вид, какой представляла Ньютоновская механика, выводившая все явления движения из 3 основных законов. Развитие термодинамики позволило приложить ее принципы к вопросам излучения и т. о. найти соотношения, характеризующие явления лучеиспускания. Исследования общего интегрального излучения абсолютно черного тела установили связь между абсолютной температурой Т тела и количеством тепла Q, теряемого 1 ем* его поверхности в единицу времени в виде Q = oT\<s—постоянная). Можно было думать, что дальнейшее применение термодинамики и электродинамики позволит решить вопрос об излучении до конца, дав возможность теоретически найти распределение энергии в спектре. Однако все попытки применения термодинамики и электродинамики к этому вопросу не привели ни к чему и Планк показал, что задача может быть решена, если мы допустим, что излучение происходит не в виде непрерывной системы волн, а возникает в результате выбрасывания нагретыми телами небольших порций энергии, т. н. квантов, или фотонов. Если назвать через q количество энергии в данном кванте, через h постоянную и через v число колебании света, то получается соотношение: q = hv. Исследованиями Планка впервые вводятся •в учение о свете статистические принципы. Теория квантов, расширенная Эйнштейном, создала новый отдел физ. статистики—учение об атомах световой энергии. Огромное количество «открытий, сделанных с момента установления Планком основ квантовой теории, свидетельствует о необыкновенной плодотворности идей Планка и Эйнштейна. Законы фотоэлектрического эффекта, законы флуоресценции и фосфоресценции, явление Комптона, явление Ра-мана, удельные теплоты твердых тел при низ ких t° (Нернст) и наконец учение о строении атома, развитое Бором, показывают, какие обширные и важные отделы Ф. вызвала к свету идея Планка об атомизме световых процессов. С этого момента начинается в учении о свете дуализм, не допускавший единого, общего объяснения всех оптических явлений. Явления отражения, преломления, интерференции, диф-фракции и поляризации во всех ее видах можно было объяснить, исходя из представления о свете как о волновом процессе. Явление излучения, фотоэлектрический эффект, явление Комптона, явление Рамана, удельные теплоты при низких t° и строение атома объясняются в предположении корпускулярного строения света. Корпускулярная и волновая теории света были соединены воедино замечательными работами Де-Бройля, Шредингера, Гейзенберга, Дирака, показавшими, что за световыми явлениями, равно как за всеми другими материальными явлениями природы, нужно признать двойственность: с одной стороны, всякий процесс обладает волновой природой, с другой стороны, везде имеется процесс корпускулярный, одновременно существующий с волной. Для света мы имеем два процесса, распространяющихся с одной скоростью: фотон и волна, движущиеся в пространстве, не занятом материей, со скоростью 300 000 ив1 сек. Движение материальных частиц—атомов, электронов также сопровождается движением волн, причем чем медленнее движение электрона, тем быстрее движется волна; в общем волны, сопровождающие электроны, движутся скорее света. Блестящие опытные исследования показали, что материя, как и свет, наряду с корпускулярными свойствами обладает также и свойствами волновыми. Эти работы завершили грандиозный синтез учения о свете и материи, создав новую область Ф. — волновую механику, или новую квантовую механику. Наряду с огромными успехами теоретического исследования в области Ф. с конца прошло^-го столетия начинается расцвет экспериментального изучения физ. явлений, начало к-рому кладет открытие электрона в катодных лучах (Крукс, Ленард, Дж. Томсон) и доказательство его существования в атоме, испускающем свет (Лоренц, Зееман). Открытие Рентгеном Х-лу-чей и открытие Бекерелем, супругами Кюри и Резерфордом радиоактивных явлений создают новую эру Ф. В истории науки впервые обнаруживается, что атомы серий радиоактивных элементов превращаются друг в друга. В конце концов радиоактивные элементы серии радия и серии тория превращаются в нерадиоактивные (в свинец). При исследовании радиоактивности впервые удалось доказать, что атомы одного и того же элемента (свинца) могут иметь разный атомный вес. В наст, время доказано, что атомы одного определенного элемента в большинстве случаев имеют различный вес; атомы с одинаковыми хим. свойствами, но различным атомным весом называются изотопами. Систематическое исследование изотопов было подготовлено гениальными работами Томсона над лучами положительного электричества и было дальше развито Астоном. В свете новых иссле- дований изотопов получают объяснения непонятные факты в периодической системе элементов, известные еще самому Менделееву и не поддававшиеся до установления учения об изотопах объяснению.' Начиная с 1918 г. под влиянием развития электронной теории и теории строения атома возникают глубокие, делающие эпоху исследования Резерфорда над искусственным разложением и превращением атомов. Бомбардировкой атомов при помощи а-лучей радиоактивных тел [см. Альфа (х)-лучЩ Резер-форду удается превратить одни элементы в другие (азот в водород) и положить начало новой науке — химия атомного ядра, занимающейся искусственными превращениями элементов. Исследования, проделанные над распадающимися под влиянием а-лучей атомами, привели к открытию искусственной радиоактивности (Кюри и Жолио) и к установлению элементов, лежащих в периодич. системе Менделеева дальше урана (Ферми). Спектральный анализ рентгеновских лучей позволил в наст, время найти недостающие элементы периодической системы. Изучение превращения атомов друг в друга приводит в конце концов к признанию, что вся материя является построенной из электронов, несущих отрицательный заряд и имеющих маленькую массу, из протонов, имеющих положительный заряд и массу, равную массе ядра водорода, из нейронов, не имеющих заряда и имеющих массу, равную массе протона, наконец из позитронов, имеющих заряд положительный и массу, равную массе электрона. Развитие Ф. в течение последних 50 лет создало ряд новых областей, в к-рых Ф. прилагается к объяснению более сложных явлений природы. Создается кристаллофизика, охватывающая учение о кристаллическом веществе. В этой области особенно большие успехи были сделаны в последнее время благодаря приложению рентген, лучей для открытия кристаллических структур. Приложение Ф. к исследованию явлений, протекающих в земле, создает геофизику, причем наряду с процессами, происходящими в газообразной и жидкой оболочке земли, исследуются процессы в твердом теле земли. Приложение физ. методов к изучению структуры твердой оболочки земного шара приводит к замечательным практическим приложениям физ. методов—к разысканию рудных залежей.,Приложение Ф. к процессам, происходящим в мировом пространстве, создает новый отдел науки—астрофизику. Помимо изучения хим. строения отдаленнейших звездных систем изучается их движение, размеры, расстояние от земли и постепеннаяэволюция их,приводящая к представлениям о космогонии. Приложение современных учений Ф. к биол. процессам создает новую науку—биофизику, в к-рой изучаются приложения законов механики к движению организма и его частей, приложение термодинамики к изучению обмена веществ органов и целых организмов, приложение учения о растворах и коллоидах к делению яйца и к явлениям возбуждения тканей (см. Партеногенез и Лонная теория возбуокдения). Отдельную обширную область биофизики составляет исследование излучений, получающихся при функционировании тканей и органов и делении клеток (см. Митогенетические лучи). Наконец физика имеет непосредственное приложение в области научной и практической медицины (см. Медицина). НазаконахФ. основан целый ряд диагностических приемов (аускультация, перкус- сия, рентгенодиагностика и т. д.) и терапевтических воздействий (электро-, светолечение, рентгено- и радиотерапия и т. д.). п. Лазарев. Однако, несмотря на огромной важности открытия, несмотря на стихийный материализм большинства выдающихся физиков, современная Ф. в капиталистических странах переживает глубокий кризис. Идеалистические и мистические течения в буржуазной науке, свой- , ственные периоду загнивания капитализма, проникают и в область Ф. Среди буржуазных физиков имеют до сих пор широкое хождение идеи Маха, идеалистический , характер к-рых блестяще вскрыт был Лениным в его замечательном труде «Материализм и эмпириокритицизм». Если Май*р и другие основоположника современной Ф. поднимались до диалектического понимания отдельных вопросов, то нек-рые современные ученые пытаются использовать квантовую теорию и теорию относительности для нападений на материализм, для проповеди отрицания не только материи, но и пространства и времени, закона превращения энергии и> т. д. С легкой руки Маха и других идеалистов проповедуют, что мир—«комплекс ощущений», что «преодолена материалистическая концепция мира», говорят об «исчезновении материи» и т. п. Между тем все законы Ф. и все открытия в области Ф. блестящим образом подтверждают правильность теории диалектического материализма. Ф. всегда оперирует с материей, т. е. с тем, что существует независимо от нашего сознания и действует на наши органы чувств. Все новейшие открытия в области Ф. не «преодолевают» материю, а лишь видоизменяют наши представления о ней; материя остается «объективной реальностью, существующей независимо от человеческого сознания и отображаемой им» (Ленин). «Нельзя теперь взять в руки почти ни одной теоретической книги по естествознанию,—писал Энгельс,—чтобы не убедиться, что сами естествоиспытатели понимают, как они страдают от этой путаницы и бессвязности, и» к-рой им не дает абсолютно никакого выхода модная, с позволения сказать, философия. И здесь нет действительно иного выхода, нет никакой возможности добиться ясности без возврата в той или иной форме от метафизического мышления к диалектическому» («Диалектика природы»). Блестяще пользуясь методом диалектического материализма, Энгельс дал указанна по таким кардинальным вопросам Ф., как диалектическое представление о единстве и различии различных форм движения, понимание-движения как изменения вообще, о понятии причинности и взаимодействия, о кинетической теории, понятии силы, о законе термодинамики Клаузиуса и т. д. Выход из кризиса Ф. возможен лишь на путях диалектического материализма. Именно на этих путях широко развивается физическая наука в СССР. Физика в истории родилась и-развивалась из запросов производства; она развертывалась в связи с техникой. Борьба против техники в капиталистических странах в эпоху нынешнего кризиса ударила и по развитию Ф. в этих странах. Наоборот, бурный рост социалистического хозяйствавСССРпредъ-являет все новые и новые запросы к Ф. и химии. Социальный заказ физике и химии дают и социалистическая промышленность и социалистическое земледелие. Со своей стороны успехи Ф. и химии диалектически влияют на успехи развития промышленности и земледелия. Ф. и химия поставлены на службу строительства социализма, «Современная физика лежит в родах. Она рождает диалектический материализм»—писал Ленин. В СССР эти «роды»— свершившийся факт. Физические науки у нас твердо стали на позиции диалектического материализма, неразрывными узами связались с потребностями производства. Это обстоятельство сделало СССР передовой страной в мире по развитию научных учреждений и размаху работы в области физики. Лит.: Левин, Материализм и эмпириокритицизм; Лехер Э., Физика для медиков и биологов, М,—Л., 1931; Максимов А., Лении и кризис естествознания эпохи империализма, Под знаменем марксизма, 1931, В* 1—2; Тимирязев А., Физика, ч. 1—2, М., 1925—26; Хвольсон О., Курс физики, т. I—V, Берлин, 1923; он те, Физика наших дней, Л.—М., 1932; Энгельс, Диалектика природы.

большая медицинская энциклопедия Смотрите также:

  • ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ РАСТВОРЫ, растворы, в которых живая клетка находит физиологические, т.е. наиболее близкие к нормальным, условия; главными из этих условий являются: 1) осмотическое давление; 2) количественное соотношение главнейших ионов (Н, ОН, К, ...
  • ФИЗИОЛОГИЯ, одна из основных ветвей биологии (см.), задачами к-рой являются: изучение закономерностей функций живого, возникновения и развития функций и переходов от одного типа функционирования к другому. Самостоятельными разделами этой науки ...
  • ФИЗИОТЕРАПИЯ, физиатрия, физикальная терапия, физ. методы лечения, является научно-практической дисциплиной, имеющей задачей изучение влияния различных физ. агентов на здоровый и больной организмы и применение их с профилактической и лечебной целью. ...
  • ФИЗИЧЕСКАЯ КУЛЬТУРА. Содержание: I. История Ф. к.................    687 II. Система советской Ф. к.............    690 «Готов к труду и обороне» ..........      — Ф. к. ...
  • ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, «наука, объясняющая на основании положений и опытов физическую причину того, что происходит через хим. операции в сложных телах». Это определение, к-рое ей дал первый физико-химик М. В. Ломоносов в ...