с чем связана физика
С чем связана физика
Физика и философия. Вследствие общности и широты своих законов Ф. всегда оказывала воздействие на развитие философии и сама находилась под её влиянием. С каждым новым открытием в естественнонаучной области, по словам Ф. Энгельса, материализм неизбежно должен менять свою форму.
В достижениях современной Ф. всё большее подтверждение и конкретизацию находит высшая форма материализма – диалектический материализм. При переходе к исследованию микромира закон диалектики – единство противоположностей – проявляется особенно отчётливо. Единство прерывного и непрерывного находит своё отражение в корпускулярно-волновом дуализме микрочастиц. Необходимое и случайное выступают в неразрывной связи, что выражается в вероятностном, статистическом характере законов движения микрочастиц. Провозглашаемое материализмом единство материального мира ярко проявляется во взаимных превращениях элементарных частиц – возможных форм существования физической материи. Особенно важен правильный философский анализ в революционные эпохи развития Ф., когда старые представления подвергаются коренному пересмотру. Классический образец такого анализа был дан В. И. Лениным в книге «Материализм и эмпириокритицизм». Лишь понимание соотношения между абсолютной и относительной истинами позволяет правильно оценить сущность революционных преобразований в Ф., видеть в них обогащение и углубление наших представлений о материи, дальнейшее развитие материализма.
Физика и математика. Ф. – количественная наука. Основные её законы формулируются на математическом языке, главным образом с помощью дифференциальных уравнений. С др. стороны, новые идеи и методы в математике часто возникали под влиянием Ф. Анализ бесконечно малых был создан Ньютоном (одновременно с Г. В. Лейбницем) при формулировке основных законов механики. Создание теории электромагнитного поля привело к развитию векторного анализа. Развитие таких разделов математики, как тензорное исчисление, римановская геометрия, теория групп и др., стимулировалось новыми физическими теориями: общей теорией относительности и квантовой механикой. Развитие квантовой теории поля ставит новые проблемы функционального анализа и т.д.
Физика и другие естественные науки. Тесная связь Ф. с др. отраслями естествознания привела, по словам С. И. Вавилова, к тому, что Ф. глубочайшими корнями вросла в астрономию, геологию, химию, биологию и др. естественные науки. Образовался ряд пограничных дисциплин:астрофизика, геофизика, биофизика, физическая химия и др. Физические методы исследования получили решающее значение для всех естественных наук. Электронный микроскоп на несколько порядков повысил возможности различения деталей объектов, позволив наблюдать отдельные молекулы. С помощью рентгеноструктурного анализа изучаются не только кристаллы, но и сложнейшие биологические структуры. Подлинным его триумфом явилось установление структуры молекул ДНК, входящих в состав хромосом клеточных ядер всех живых организмов и являющихся носителями наследств, кода. Революция в биологии, связанная с возникновением молекулярной биологии и генетики, была бы невозможна без Ф.
Метод т. н. меченых атомов играет огромную роль в исследовании обмена веществ в живых организмах; многие проблемы биологии, физиологии и медицины были решены с их помощью. Ультразвук применяется в медицине для диагностики и терапии.
Как говорилось выше, законы квантовой механики лежат в основе теории химической связи. С помощью меченых атомов можно проследить кинетику химических реакций. Физическими методами, например с помощью пучков мюонов, полученных на ускорителях, удаётся осуществить химические реакции, не идущие в обычных условиях. Используются структурные аналоги атома водорода – позитроний и мюоний, существование и свойства которых были установлены физиками. В частности, с помощью мюония удаётся измерять скорость протекания быстрых химических реакций. (См. Мюоны.)
Результаты и методы ядерной Ф. применяются в геологии; с их помощью, в частности, измеряют абсолютный возраст горных пород и Земли в целом (см. Геохронология).
Физика и техника. Ф. образует фундамент главнейших направлений техники. Электротехника и энергетика, радиотехника и электроника, светотехника, строительная техника, гидротехника, значительная часть военной техники выросли на основе Ф. Благодаря сознательному использованию физических законов техника из области случайных находок вышла на широкую дорогу целенаправленного развития. Если в 19 в. между физическим открытием и первым его техническим применением проходили десятки лет, то теперь этот срок сократился до нескольких лет.
В свою очередь, развитие техники оказывает не менее существенное влияние на совершенствование экспериментальной Ф. Без развития электротехники, электроники, технологии производства очень прочных и лишённых примесей материалов было бы невозможно создание таких устройств, как ускорители заряженных частиц, огромные пузырьковые и искровые камеры, полупроводниковые приборы и т.д.
Возникновение ядерной энергетики связано с крупными достижениями ядерной Ф. Ядерные реакторы-размножители на быстрых нейтронах могут использовать природный уран и торий, запасы которого велики. Осуществление управляемого термоядерного синтеза практически навсегда избавит человечество от угрозы энергетического кризиса.
Техника будущего будет основываться не на готовых природных материалах, а главным образом на синтетических материалах с наперёд заданными свойствами. Создание и исследование структуры вещества играют в решении этой проблемы определяющую роль.
Развитие электроники и создание совершенных ЭВМ, базирующиеся на достижениях Ф. твёрдого тела, неизмеримо расширили творческие возможности человека, а также привели к построению «думающих» автоматов, способных быстро принимать решения в обстановке, требующей обработки большого объёма информации.
Огромное повышение производительности труда достигается благодаря использованию ЭВМ (автоматизация производства и управления). По мере усложнения народного хозяйства объём перерабатываемой информации становится чрезвычайно большим. Поэтому очень важно дальнейшее усовершенствование вычислительных машин – увеличение их быстродействия и объёма памяти, повышение надёжности, уменьшение габаритов и стоимости. Эти усовершенствования возможны только на основе новых достижений Ф.
Современная Ф. стоит у истоков революционных преобразований во всех областях техники. Она вносит решающий вклад в научно-техническую революцию.
О развитии Ф. в СССР см. раздел Физические науки. См. также статьи Физические журналы,Физические институты.
Содержание:
Связь физики с другими науками:
Физика – это интересная и увлекательная наука. Она дает возможность понять окружающий мир, приучает к логическому мышлению и развивает творческие способности.
Величайшие открытия в биологии – генная инженерия, клонирование, рас-шифровка строения молекулы ДНК, которая передает код наследственности, – были бы невозможны без таких физических приборов, как рентгеновские аппараты, ультрацентрифуги, холодильные установки, электронные микроскопы и многих других.
Интересно, что существование молекулы ДНК задолго до ее открытия пред-сказали австрийский физик Эрвин Шредингер и американский физик украинского происхождения Георгий Гамов.
Лазерные прицелы и аппараты ночного видения служат военным, а лазерные ножи – врачам. Лазерные шоу украшают праздники.
Особенно важной для жизни общества является роль физики в создании новых источников энергии: от батареек и электрогенераторов до атомных и термоядерных станций.
Бурное развитие физики в ХХ в. обусловило появление новых научных дисциплин: химическая физика и физическая химия, биофизика, биоэнергетика, бионика и инженерная генетика, астрофизика, космология и космическая физика, медицинская физика.
ХХ век оказался веком неожиданных и увлекательных открытий в физике. Все они получили практическое использование и существенно изменили жизнь человеческого общества.
Физика – основа техники и технологии
Компьютерами сегодня пользуется каждый: от школьника и бухгалтера до инженера и ученого. Появление современных компьютеров стало возможным благодаря исследованиям физиков в отрасли полупроводниковых материалов и нанотехнологий. То, что физика уже давно проникла в производство, технику, медицину, быт и индустрию развлечений, еще раз подтверждает: знание физики пригодится каждому человеку.
Создание ядерной физики
Одна из проблем человечества – получение достаточного количества энергии. После открытия законов ядерной физики человечество получило невиданное могущество, которое дало возможность решения энергетического кризиса (атомные электростанции (рис. 8.1)). Однако при этом также возникла угроза самоуничтожения (атомное и водородное оружие). Открытие анти-вещества обещает дать в сотни раз более мощные источники энергии, чем ядерные.
Зимой ведром угля можно обогреть квартиру на один вечер. Одно ведро урана (если высвободить всю ядерную энергию, которая в нем со-держится) может обеспечить полумиллионный город светом и теплом на протяжении года!
Выход в космос
При помощи ракет удалось преодолеть земное притяжение, построить космические станции и даже побывать на Луне (рис. 8.2). Первый искусственный спутник был запущен в 1957 г. в Советском Союзе, а советский космонавт Юрий Гагарин стал первым человеком, который побывал в космосе. Космическим аппаратам удалось сфотографировать с близкого расстояния многие планеты Солнечной системы. На Марс, Венеру, Луну и даже на спутник Сатурна Титан удалось высадить дистанционно управляемые аппараты (рис. 8.3).
