Fizikos istorija

 1.1. MOKSLO ŽINIOS EGIPTE IR BABILONIJOJE Pažindami gamtos reiškinius, išrasdami ir naudodami įrankius bei paprasčiausius mechanizmus, dar labai senais laikais žmonės įgavo kai kurių fizikos žinių. Maždaug 3000 m. pr. Kr. jau buvo žinomas ratas, III tūkstantmetyje pr. Kr. - plūgas, svarstyklės, gulsčiukas, kampamatis, skriestuvas, replės. Kadangi buvo manoma, kad svarbiausius dangaus ir žemės reiškinius lemia dievai, net nebuvo bandoma racionaliai aiškinti pasaulio sandarą, ieškoti bendresnių dėsningumų. To meto mokslo žinias sudarė nurodymai, kaip spręsti konkrečius uždavinius, tam sudarytos lentelės bei skaičiavimo pavyzdžiai. Būtent tokios astronominės ir matematinės žinios yra išlikusios užrašytos babiloniečių molinėse dantiraščio lentelėse ir Egipto papirusuose. Pavyzdžiui, vietoj dabar Pythagoras (Pytago-ras) vardu žinomos teoremos pateikiamos konkrečios taisyklės įvairios formos stačiųjų trikampių kraštinėms apskaičiuoti. Panašios tuo metu turėjo būti ir fizikos žinios. Deja, jokių užrašų, kuriuos būtų galima priskirti „empirinei fizikai", nėra rasta. O juk tokios žinios buvo reikalingos statant didžiules piramides ir šventyklas, drėkinimo įrenginius. Tuo metu jau naudoti paprasčiausieji mechanizmai - svertas, nuožulnioji plokštuma, pleištas, taigi turėtas supratimas apie jų veikimą. Įvairiai aiškinama, kodėl nerasta jokių fizikos žinių išlikusiuose gana gausiuose Babilonijos ir Egipto rašytiniuose šaltiniuose. Galbūt jos buvo įslaptintos - pateikiamos drauge su užkalbėjimais ir aukomis, tad fizikos receptų atskyrimas nuo magijos formulių neturėjo prasmės? O gal fizikos žinios buvo labai vertinamos ir žynių perduodamos iš kartos į kartą tik žodžiu? To laikotarpio Indijos ir Kinijos architektūros bei materialinės kultūros paminklai liudija, kad šiose šalyse buvo pasiektas ne ką menkesnis mokslo žinių lygis negu Babilonijoje ir Egipte, bet jokių rašytinių gamtos mokslo žinių čia nėra išlikusių - jos siekia tik I tūkst. pr. Kr. vidurį, t.y. mokslo atsiradimo Senovės Graikijoje laikotarpį. Mokslo požymiai. Daugelis mokslo istorikų sutaria, kad Babilonijoje ir Egipte mokslo žinios dar nesudarė mokslo. Mokslas aiškina reiškinius racionaliomis priežastimis, o tai yra neįmanoma, kol tos žinios nėra atsiskyrusios nuo religijos ir magijos. Pagaliau mokslui būdingas sistemingas naujų žinių kaupimas, vadovaujantis ne tik praktiniais, bet ir grynai pažintiniais tikslais, tuo tarpu Babilonijoje, ir ypač Egipte, žinios buvo kaupiamos labai iš lėto ir atsitiktinai, o bendrų pažintinių tikslų žyniai negalėjo siekti. Gamtos mokslas ir jo dalis - fizika - atsirado tik Senovės Graikijoje. 1.4. ARISTOTELIO FIZIKA Per du amžius (VI-IV a. pr. Kr.) Senovės Graikijoje, vykstant filosofiniams ginčams, buvo paskelbta daug svarbių gamtos mokslo idėjų, ištobulinta mokslo kalba, sukaupta įvairių žinių. Tuo remdamasis Aristoteles sukūrė pirmąją visuotinę mokslo sistemą, kuri sudarė mokslo pagrindą daugiau kaip du tūkstančius metų - ligi XVI amžiaus pabaigos. Aristoteles gyvenimas ir veikla. Aristoteles gimė 384 m. pr. Kr. Stageiros mieste (netoli nuo Demokritos gimtinės Abderų). Jo tėvas Nikomachos buvo Makedonijoskaraliaus gydytojas ir draugas. Eidamas aštuonioliktus metus, jaunuolis išvyko į to meto filosofijos centrą Atėnus, kur garsėjo prieš dvidešimt metų įkurta Platon'o Akademija - pirmoji mokslo įstaiga. Čia Aristoteles netruko pasižymėti gabumais, tapo dėstytoju ir dirbo Akademijoje apie 20 metų. Platon jį vadino savo mokyklos protu. Betgi Aristoteles dažnai nesutikdavo ir ginčydavosi su savo mokytoju: Platon teigė, kad pasaulį galima pažinti grynu mąstymu, tuo tarpu kai Aristoteles stengėsi remtis stebėjimais ir žmonių patyrimu. Plačiai žinomas Aristoteles posakis: „Platon man draugas, bet tiesa dar brangesnė". Laimei, jų filosofiniai ginčai nekliudė geriems tarpusavio santykiams. Jis išplėtojo savo mokslo sistemą, parašė daugelį veikalų, skaitė įvairius kursus. Likėjuje buvo sukaupta didelė biblioteka, mokslo kolekcijos. Aristoteles ir jo mokiniai vykdė įvairius tyrimus, nors fizikos eksperimentai, išskyrus paprasčiausius kokybinius bandymus, čia, kaip ir apskritai Senovės Graikijoje, matyt, nebuvo atliekami . Aleksandro Makedoniečio ankstyvos mirties valdžią Atėnuose paėmė antimakedoniška partija. Aristoteles buvo apkaltintas dievų negerbimu ir, nenorėdamas sulaukti Sokrates likimo, pabėgo į netolimą Eubojos salą. Čia jis mirė 322 m. pr. Kr., sulaukęs 62 metų. Aristoteles sistema ir mokslų išskyrimas. Remdamasis graikų ir kitų tautų sukauptomis žiniomis, Aristoteles pirmasis bandė pastatyti mokslo piramidę ant faktų pagrindo. Aristoteles išplėtojo logiką ir ją taikė mokslo faktams apibendrinti. Vis dėlto jo sistemos pagrindą sudarė bendri filosofiniai principai, kurie buvo daugiau jo išmonės ir intuicijos, negu nuoseklaus apibendrinimo rezultatas. Aristoteles, sistemindamas žinias, tapo daugelio mokslų pradininku - biologijos, fizikos, geografijos, taip pat humanitarinių mokslų - logikos, psichologijos, etikos, poetikos ir kt. Vienas iš Aristoteles veikalų buvo pavadintas „Fizika" . Aristoteles fiziką suprato kaip mokslą apie bendriausius gamtos dėsningumus. Fizikai ir artimoms gamtos mokslų sritims taip pat skirti Aristoteles veikalai „Apie dangų", „Apie atsiradimą ir išnykimą" bei „Meteorologika". Visi jie parašyti gana lakoniškai, manoma, kad tai Aristoteles paskaitų, skaitytų Likėjuje, konspektai, kurie buvo skirti jo mokiniams. Materija, pirminiai elementai ir Visatos sandara. Anot Aristoteles, realūs daiktai atsiranda susijungus materijai su forma. Materija yra tai, iš ko padarytas daiktas, jo galimybė. Forma - daikto esmė, kuri realizuojasi, įsikūnydama materijoje. Egzistuoja neturinti jokių savybių pirminė materija. Veikiama pirminių jėgų -karščio, šalčio, sausumo ir drėgmės - ta materija virsta keturiais elementais arba stichijomis - ugnimi, oru, vandeniu ir žeme, o iš pastarųjų susidaro visi mūsų aplinkos daiktai. Sunkiausias iš elementų - žemė - susitelkia Visatos centre ir sudaro rutulio pavidalo Žemę, ją supa vanduo, vandenį - oras, o viršuje yra pati lengviausia - ugnis. Toliau išsidėsčiusios kelios dangaus sferos, kurios sukasi įvairiu greičiu apie skirtingas ašis; prie pačios tolimiausios sferos pritvirtintos žvaigždės. Dangaus sritis užpildyta eteriu - amžinu, nekintančiu elementu, iš jo sudarytos ir sferos bei dangaus kūnai. Už žvaigždžių sferos nebėra nei materijos, nei erdvės, taigi Aristoteles Visata yra baigtinė, rutulio formos. Remdamasis daugelio kartų patirtimi, kad Žemėje viskas kinta ir yra, o dangaus kūnai juda nesikeisdami tomis pačiomis trajektorijomis, Aristoteles padarė išvadą, kad Žemės ir dangaus pasauliai yra skirtingi - kintantis Žemės pasaulis, kuriame keturi elementai virsta vieni kitais, ir amžinas, tobulas dangaus pasaulis. Mokslas apie judėjimą. Judėjimui Aristoteles teikė gana plačią prasmę, juo vadindamas bet kokį kitimą ar virsmą. Danguje esąs galimas tik judėjimas apskritimu, kurį Aristoteles laikė paprasčiausiu ir tobuliausiu judėjimu. Dangaus sferos juda pačios, įsuktos pirminio judintojo arba Dievo. Judėjimą Žemės pasaulyje Aristoteles skirstė į savaiminį ir priverstinį. Aristoteles padarė išvadą, kad kūno laisvojo kritimo greitis yra tiesiog proporcingas jo svoriui. Iš tikrųjų tai apytiksliai galioja tik kūnų kritimui ore nedideliu greičiu. Krintančio kūno greitėjimą Aristoteles aiškino jo svorio didėjimu artėjant kūnui į jam skirtą vietą. Taigi Aristoteles mechanikai inercijos dėsnis negalioja - priverstinis judėjimas pastoviu greičiu galimas tik kūną veikiant jėgai, o jos neveikiamas kūnas sustoja. Vadinasi, Aristoteles aprašo judėjimą esant trinčiai, betgi jo neįmanoma apibūdinti vienu bendru paprastu dėsniu. Aristoteles suformuluotas dėsnis yra tik apytikslis. Taikant šį dėsnį judėjimui tuštumoje, kūno greitis, nesant aplinkos pasipriešinimo, turėtų būti begalinis. Šį paradoksą Aristoteles išsprendė teigdamas, kad tuštuma gamtoje yra negalima. Apibendrinant galima pasakyti, kad Aristoteles mokslas apie kūnų judėjimą rėmėsi netiksliais, kokybiniais kūnų judėjimo stebėjimais. Šių dienų požiūriu rezultatai buvo apibendrinti nekritiškai ir negriežtai, naudojantis tik loginiais, o ne matematiniais metodais, kartais remiantis išmoningomis, bet spekuliatyviomis idėjomis. Kiti fizikos reiškiniai Aristoteles veikaluose nagrinėjami tik labai trumpai. Aiškin­damas šviesą jis rėmėsi antikos laikais paplitusia Pythagoro idėja, kad šviesa yra akių spinduliai - jie atsispindi nuo daiktų ir, grįžę į akis, praneša žmogui apie jį supančius daiktus. Jis jau žinojo teisingą šviesos atspindžio dėsnį ir beveik įspėjo vaivorykštės prigimtį, teigdamas, kad tai yra šviesos aidas nuo lietaus lašelių, primenantis garso aidą 2.2. ARCHIMEDES ATRADIMAI IR IŠRADIMAI Gyvenimas ir veikla. Archimedes (Archimedas) -vienas žymiausių visų laikų mokslininkų, genialus matematikas, fizikas ir inžinierius. Jis pirmasis susiejo fiziką su matematika ir su praktinių problemų sprendimu, kūrė prietaisus kiekybiniams matavimams ir vykdė bandymus. Jis yra statikos ir hidrostatikos pradininkas. Jaunuolis gavo gerą gamtamokslinį išsilavinimą; matyt, jis netrukus po Euklides „Pradmenų" pasirodymo susipažino su šiuo veikalu, ir pastarasis turėjo didelės įtakos Archimedes mokslinei veiklai. Be to, jis domėjosi karo mašinomis, paplitusiomis po Aleksandro Makedoniečio žygių, ir kitokiais įrengimais. Archimedes ilgą laiką lavinosi ir dirbo Aleksandrijos muziejuje. Čia jis išgarsėjo kaip talentingas inžinierius - projektavo dambas Nilui reguliuoti potvynių metu, išrado vandens sraigtą (mediniame lankais sutvirtintame vamzdyje besisukantį sraigtą) vandeniui kelti, kuris ilgus amžius buvo naudojamas Egipte ir gretimose šalyse drėkinimui bei pelkėtų vietų sausinimui. Archimedes labai išradingai derino matematikos, fizikos ir technikos problemų sprendimą - matyt, darbai įvairiose srityse jam teikdavo papildomų impulsų ir paįvairindavo naudojamus metodus. Antra vertus, Archimedes atlikinėjo bandymus, kuriais remdamasis formulavo statikos postulatus (pradinius teiginius), netgi tokiu būdu tikrino figūrų tūrių ir plotų skaičiavimo rezultatus. Jis sukonstravo pirmuosius žinomus prietaisus - medžiagų santykiui lydinyje nustatyti (jį minėsime toliau), Saulės regimajam dydžiui matuoti, bei pirmąjį planetariumą, sukamą suslėgto oro. Pastarasis buvo laikomas technikos stebuklu ir kaip karo grobis išvežtas į Romą. Statika ir hidrostatika. Nors paprasčiausieji mechanizmai buvo naudojami nuo senų laikų, bet Archimedes pirmasis jų veikimui paaiškinti pritaikė griežtus metodus. Jis įvedė svarbią svorio centro sąvoką. Archimedes nustatė daugelio plokščių ir erdvinių taisyklingų kūnų svorio centrus, įvedė materialųjį tašką. Naudodamasis svorio centro sąvoka, jis įrodė sverto dėsnį. Veikale „Apie plūduriuojančius kūnus", Archimedes nagrinėja skysčių ir juose panardintų kūnų pusiausvyrą. Čia vėlgi jis iš pradžių, remdamasis bandymais, postuluoja skysčio savybes (įvesdamas idealizuotą skystį). Po to jis matematiškai įrodė dėsnį, dabar vadinamą Archimedes dėsniu, tiesa, jį suformulavęs penkiais atskirais teiginiais Nors šiuose teiginiuose Archimedes dar neįvedė savitojo svorio termino, bet iš tikrųjų, kalbėdamas apie lengvesnius, sunkesnius ir ypač „turinčius lygų svorį su to paties tūrio skysčio svoriu" kūnus, jis jau praktiškai vartojo šią sąvoką. Anot kai kurių šaltinių, Archimedes buvo sukonstravęs svarstykles, kuriomis galima tiesiogiai nustatyti aukso ir sidabro santykį lydinyje (2.3 pav.). Žinoma, kad Archimedes buvo parašęs ir didelį veikalą „Katoptrika" - taip buvo vadinamos žinios apie veidrodžius ir atspindį nuo jų. Deja, tas veikalas neišliko. Tyrimų griežtumu ir konkretumu Archimedes labiausiai iš visų senųjų graikų mokslininkų priartėjo prie klasikinės fizikos. 2.3. EUKLIDES IR PTOLEMAIOS GEOMETRINĖ OPTIKA Euklides suformulavo geometrinės optikos pagrindus: remdamasis kaip postula­tais, tiesiaeigio šviesos sklidimo, atspindžio, perspektyvos dėsniais, jis aprašė šešėlių susidarymą, spindulių atspindį nuo plokščiųjų, išgaubtųjų ir įgaubtųjų veidrodžių ir kt. Vėliau Ptolemaios nustatė apytikslį spindulių lūžio dėsnį, kuris galiojo tik mažų kampų atveju. 3.2. VIDURAMŽIŲ FIZIKA VAKARŲ EUROPOJE Vienas iš originaliausių XIII a. mokslininkų - R.Bacon, kuris nesitenkino antikos veikalų komentavimu, o pats vykdė bandymus, numatė kai kuriuos ateities išradimus. Vis dėlto to meto gamtos mokslai dar nebuvo subrendę atsiskirti nuo filosofijos ir tęsti Aleksandrijos mokslininkų konkrečių tyrinėjimų. Didžiulį įspūdį europiečiams padarė Aristoteles mokslo sistema, kuri tapo viduramžių mokslo pagrindu. Tiesa, XIII-XIV a. dar buvo galima ginčyti Aristoteles teiginius, taisyti juos ir plėtoti savas originalias idėjas. Svarbiausiais gamtos mokslų centrais tuo metu tapo Oksfordo ir Paryžiaus universitetai. Čia loginės analizės, o ne bandymų keliu buvo patikslintas judėjimo supratimas ir pasiūlyta nauja jo klasifikacija, įvestos momentinio ir kampinio greičio bei pagreičio sąvokos (Heytesbury, Albertus Magnus), išplėtotas kūno judėjimą apibūdinančio dydžio - impetus supratimas (Buridan). Deja, vėliau tos originalios idėjos buvo užmirštos, Aristoteles mokymas pripažintas katalikų bažnyčios ir paskelbtas neginčijama tiesa. XV-XVI a. oficialusis viduramžių mokslas virto Aristoteles veikalų komentavimu, grynai knyginiu, atitrūkusiu nuo praktikos ir technikos mokslu 3.3. MOKSLO ATGIMIMO PRADININKAI XV-XVI a. oficialusis viduramžių mokslas virto Aristoteles veikalų komentavimu, grynai knyginiu, atitrūkusiu nuo praktikos ir technikos mokslu. Tuo metu Europos kultūroje ir mene vyko atsinaujinimas, kuris vėlavo moksle dėl jo uždarumo, silpnų ryšių su visuomene ir kt. Tik pavieniai mokslininkai kritikavo atgyvenusią pažiūrų sistemą ir ieškojo naujų mokslo kelių. Tokie nepripažinti amžininkų mokslo atgimimo pradininkai buvo N. Kuzietis, siūlęs konkrečius fizikos eksperimentus ir įrodinėjęs, kad gamtos dėsniai bet kurioje Visatos dalyje turi būti vienodi, Leonardo da Vinci, padaręs daug svarbių išradimų, kurie liko neįgyvendinti, sistemingai tyręs kūnų trintį, smūgius, deformacijas, M.Kopernik ir G.Bruno, kurie plėtojo naują pasaulio vaizdą, atsisakė Žemės ir net Saulės sistemos išskirtinumo. VV.Gilbert pirmasis pradėjo nuoseklius elektros bei magnetizmo tyrimus, labai praplėtė žinias apie šiuos reiškinius. S.Stevin, imdamas pavyzdžiu Archimedes darbus, išsprendė kūno, esančio ant nuožulniosios plokštumos, uždavinį bei įrodė skysčio slėgio nepriklausomumą nuo indo formos. 4.1. GYVENIMAS IR KOVA UŽ NAUJĄJĮ MOKSLĄ Galileo Galilei (Galileo Galilėjus) gimė 1564 m. Pizos mieste. Susižavėjo Euklido ir Archimedo darbais ir savarankiškai ėmė studijuoti matematiką ir mechaniką. Jo pirmasis mokslo darbas buvo apie kūnų svorio centrus. Mechanikos dėsnius ėmė tikrinti eksperimentiškai, pvz mėtydamas rutulius nuo Pizos bokšto. priėjo išvadą, kad bendrus dėsnius galima nustatyti tik idealizuotam judėjimui, kai nepaisoma aplinkos pasipriešinimo, atrado kūnų laisvojo kritimo dėsnį. Galileo sukūrė teleskopą (1609m) – dviejų lęšių žiūroną, o svarbiausia pirmasis jį nukreipė į dangų. Prietaisas didino tik apie 30 kartų. Vėliau Galilei taip pat sukonstravo ir dviejų lęšių mikroskopą smulkiems daiktams stebėti. G.Galilei padarė keletą svarbių atradimų. Jis įžiūrėjo, kad Mėnulis nėra idealus rutulys, kokiu, anot Aristoteles, turėtų būti dangaus kūnas, kad Žemės palydovo paviršiuje yra kalnų ir įdubų. Paukščių Tako juosta pasirodė esanti sudaryta iš daugybės silpnų žvaigždžių. O šalia Jupiterio Galilei atrado keturis jo palydovus. Savo stebėjimus aprašė knygoje „Žvaigždžių pasiuntinys". Galileo propaguodamas savo atradimus, vengė kategoriškų išvadų Kopernik'o sistemos naudai (pastaroji dar nebuvo uždrausta, nors laikoma netinkama), tačiau 1616 m. Kopernik'o veikalas buvo įtrauktas į „juodąjį" sąrašą, o Galilei įspėtas neskelbti mokymo apie Žemės judėjimą jokia forma. G.Galilei užsiėmė nuosekliais mechanikos tyrimais, nustatė reliatyvumo principą ir inercijos dėsnį, bandymais paneigė Aristoteles šalininkų teiginį, kad kūnų plūdrumas skystyje priklauso nuo jų formos. Tačiau Galileo neatsisakė ketinimo apibendrinti savo gautus įrodymus Kopernik‘o sistemos naudai, rašė veikalą „dialogas apie dvi svarbiausias pasaulio sistemas – Ptolemaios ir Copernicus“. 1632m pasirodžiusi knyga sukėlė jėzuitų ir scholastų kritiką. Jam reikėjo rinktis arba būti pasmerktam mirčiai sudeginant jo veikalus arba idėjos išsižadėjimas, ką jis ir pasirinko ir buvo nuteistas kalėti. Galileo parašė ir antrąjį veikalą „Pokalbiai ir matematiniai įrodinėjimai apie dvi naujas mokslo šakas susijusias su mechanika ir vietiniu judėjimu“. Jame Galilei išdėstė visus savo mechanikos atradimus, pateikdamas bandymų rezultatus ir matematinius įrodymus. Žemės judėjimas veikale nebuvo minimas. Jame buvo nagrinėjama dinamika, medžiagų atsparumas ir kai kurie akustooptikos ir optikos klausimai. Medžiagą jis manė esant sudarytą iš daugybės mažų dalelių, bet stengėsi neliesti dar vienos pavojingos temos – atomų hipotezės. G.Galilei įvedė momentinio greičio ir pagreičio sąvokas, apibrėžė tolyginį ir tolygiai kintamą judėjimą. Jis atrado reliatyvumo principą mechaniniam judėjimui ir inercijos principą. nustatė laisvojo kūno kritimo ir kampu į horizontą mesto kūno judėjimo bei svyruoklės dėsnį. Jis suprato tikslių matavimų svarbą gamtos moksluose ir sukonstravo įvairių prietaisų, tarp jų termoskopą, proporcionalą, teleskopą ir mikroskopą. 4.2. FIZIKOS METODAS Didžiulę G.Galilei'aus įtaką fizikos raidai lėmė ne tik atradimai ir jų įtaigi propa­ganda, bet ir jo išplėtotas fizikos metodas, kurio esminiai bruožai nepakito ligi šiol. Fizika plėtojama remiantis kiekybiniais bandymais ir stebėjimais, o ne išankstinėmis idėjomis ar intuityviu patyrimu. Tik atsakęs į klausimą „kaip?" fizikas gali bandyti atsakyti į klausimą „kodėl?" G.Galilei pirmasis aiškiai suprato, kad bendri dėsniai aprašo tik idealizuotus reiškinius ar objektus. Tiriant reiškinį būtina išskirti svarbiausias savybes ir atsiriboti nuo neesminių savybių, t.y. sukurti idealizuotą modelį. Pvz, kūnų kritimą ore reikia tirti neatsižvelgiant į oro pasipriešinimą, kūnų judėjimą aprašyti nekreipiant dėmesio į trintį ir pan. Nustačius bendrą tokio idealizuoto judėjimo dėsnį, galima nagrinėti ir antraeiles priežastis. Spręsdamas fizikos problemas G.Galilei atskleidė pagrindinius mokslinio darbo etapus. Iškilus problemai, fiziko uždavinys - sugalvoti eksperimentą, kuris įgalintų ištirti reiškinį. Eksperimentas kartojamas keletą kartų, taip sumažinama neesminių priežasčių įtaka ar jos visiškai išvengiama. Po to, kritiškai išnagrinėjus faktus ir pasitelkus intuiciją, iškeliama darbinė hipotezė (Galilei vartojo terminą - aksioma). Tolesnį tyrimo etapą Galilei vadino „matematiniu plėtojimu" - tai hipotezės mate­matinis formulavimas ir iš jos išplaukiančių naujų išvadų gavimas. Hipotezės teisin­gumas nustatomas jos išvadas patikrinus eksperimentais. Jei hipotezė pasitvirtina, ji virsta teorija, jeigu ne - grįžtama atgal ir vėl kartojami visi ar kai kurie tyrimo etapai. Būtent naujų išvadų gavimas ir jų eksperimentinis patikrinimas buvo svarbiausia Galilei'aus metodinė naujovė -jo pirmtakai apsiribodavo žinomų faktų paaiškinimu. 5.1. MOKSLO YPATUMAI IR RAIDOS SĄLYGOS Pirmosios mokslų akademijos ir mokslo žurnalai. Mokslo atgimimas prasidėjo nuo gamtos mokslų - geografijos, technikos, biologijos, medicinos, astronomijos. Nuo Galilei'aus laikų gamtos mokslų lydere tapo fizika. Nors mokslo atgimimas prasidėjo Italijoje, bet nuo XVII a. vidurio pagrindinėmis mokslo šalimis tapo Prancūzija, Anglija, Vokietija ir Nyderlandai. Daugelis mokslininkų konstravo prietaisus tiek moksliniams, tiek taikomiesiems matavimams: laikrodžius, chronometrus, barometrus, termometrus, jautrias svarstykles. Universitetuose tvirtas pozicijas turėjo scholastinis mokslas, tad naujojo mokslo šalininkai ėmė burtis į bendrijas, vadinamas mokslų akademijomis. Pirmosios mokslų akademijos irgi atsirado Italijoje. Jų pirmtakė Giambattista Portą (Džambatista Portą, 1536-1615) dar 1560 m. Neapolyje įkurta „Gamtos paslapčių akademija". Svarstydavo ne tik mokslo, bet ir alchemijos bei magijos klausimus. 1603 m. kunigaikštis F.Cesi (Frederikas Čezis) su trimis savo draugais Romoje įsteigė „Lūšiaakių akademiją" (Accademia dei Lincei). Jie diskutuodavo gamtos mokslų klausimais, darė kai kuriuos bandymus. Į ją buvo priimtas ir Galilei. 1657 m. Florencijoje grupė G.Galilei'aus mokinių ir bendraminčių (G.Borelli, V.Viviani ir kt.) įkūrė „Bandymų akademiją". Jie kėlė sau tikslą daryti kuo tikslesnius ir patikimesnius bandymus, nesiekiant jų teorinės interpretacijos, taip pat skleisti mokslo žinias visuomenėje. Po akademijos uždarymo jos mokslinis sekretorius L.Magalotti (L.Magalotis) svarbesnius akademijos darbus aprašė veikale „Bandymų akademijos gamtamokslinės veiklos apybraižos" (1667 m.), kuris sulaukė daugelio leidimų bei vertimų ir buvo vadinamas eksperimentinės fizikos vadovu. „Bandymų akademijos" nariai patobulino Galilei'aus termoskopą, pridėjo jam skalę ir sukūrė garsiuosius Florencijos termometrus. Buvo atlikti pirmieji sistemingi kūnų šiluminio plėtimosi tyrimai, nustatyta, kad skysčiai plečiasi labiau negu kietieji kūnai, ir suprasta, kad skirtingos medžiagos turi nevienodą šiluminę talpą. Akademijos nariai nuolat vykdė meteorologinius matavimus, tyrė skysčių kietėjimą, magnetinius, elektrinius, garso ir kt. reiškinius. Spartėjant mokslo raidai, visuomenei vis labiau domintis jo atradimais 1665 m. buvo pradėti leisti pirmieji mokslo žurnalai: „Journal des Scavants" („Mokslininkų žurnalas"), skirtas ir visuomenei Paryžiuje ir „Philosophical Transactions of Royal Society" („Karališkosios draugijos filosofiniai darbai") Londone. 1682 m. Leipcige buvo pradėtas leisti pirmasis mokslo žurnalas tarptautine lotynų kalba, skirtas tik mokslininkams - „Actą Erudi-torum" („Mokslo aktai"). 5.3. E.TORRICELLI'O, B.PASCAL'IO, R.BOYLE'IO IR O.GUERICKE'S EKSPERIMENTINIAI TYRIMAI Atmosferos slėgio atradimas. E. Torricelli (Evandželista Toričeli, 1608-1647) - žymiausias G.Galilei'aus mokinys. G.Galilei dar nesiryžo atmesti įsitvirtinusios moksle „tuštumos baimės", bet bandė eksperimentiškai išmatuoti „tuštumos pasipriešinimo jėgą", tirdamas, ligi kokio aukščio galima pakelti siurbliu aukštyn vandenį. Torricelli, tęsdamas šiuos tyrimus, 1643 m. atliko garsųjį bandymą. Jis pagamino stiklinį vamzdelį vienu uždaru galu, pripildė jį gyvsidabrio, po to užspaudė atvirą galą ir įleido vamzdelį į indą su gyvsidabriu. Skystis vamzdelyje nusileido žemyn ligi tam tikro lygio, o vamzdelio viršutinėje dalyje susidarė tuštuma, nes „niekas nepateko į tą vietą". Gyvsidabris tiek pat nusileido ir kitos formos vamzdelyje. Torricelli padarė išvadą, kad gyvsidabrio stulpelį laiko pakibusį virš indo ne tuštumos baimė, bet atmosferos slėgis. Torricelli pirmasis suprato ir vėjų susidarymo priežastį - juos sukelia ne kažkokie mistiniai Žemės garai, o nevienodas jos atmosferos įšilimas bei oro tankio priklausomybė nuo temperatūros. B.Pascal'io darbai iš aerostatikos ir hidrostatikos. Blaise'ą Pascal'į (Blezas Paskalis, 1623-1662). jau buvo suformulavęs vieną iš pagrindinių projektyvinės geometrijos teoremų ir išradęs mechaninę skaičiavimo mašiną, galinčią atlikti sudėties ir atimties veiksmus, kai susidomėjo Torricelli'o bandymu. Paskalis pakartojo jį su vandeniu bei vynu ir pasiūlė būdą akivaizdžiai įrodyti, kad skysčio stulpelį palaiko atmosferos slėgis: stulpelis turi leistis žemyn, keliant prietaisą į kalną. Dėl silpnos Paskalios veikatos tai praktiškai pademonstravo jo giminaitis, patvirtindamas Torricelli'o hipotezę. Be to, Paskalis nustatė, kad stulpelio aukštis priklauso nuo oro drėgnumo ir temperatūros, todėl jį galima naudoti orų prognozei.Šie bandymai atvedė Paskali prie skysčių savybių tyrimo. 1653 m. jis suformulavo pagrindinį hidrostatikos dėsnį (vadinamą jo vardu) - kad slėgis į skystį yra perduodamas be pakitimų į visas puses. Šį dėsnį Paskalis pritaikė hidrauliniam presui išrasti. Tuo pat metu Paskalis pasižymėjo ir matematikoje, suformulavęs pradines tikimybių teorijos idėjas. O.Guericke's bandymai su išretintu oru ir elektra. XVII a. antroje pusėje efektingais fizikos bandymais su išretintu oru pagarsėjo vokiečių eksperimentininkas ir inžinierius Otto von Guericke (Otas Gėrike, 1602-1686). Jis sukonstravo pneumatinę mašiną (pirmąjį oro siurblį) ir ja naudodamasis atliko daug originalių ir įspūdingų bandymų su išretintu oru. Ypač pagarsėjo Vokietijoje ir kitose šalyse O. Gėrike bandymai su vadinamai­siais Magdeburgo pusrutuliais: glaudžiai sujungus du tuščiavidurius varinius pusrutulius ir išretinus jų viduje orą, netgi kelios poros arklių, traukiančių į priešingas puses, negalėdavo atplėšti pusrutulių vienas nuo kito. Tik įkinkius keliolika arklių ir juos paraginus, pusrutuliai triukšmingai atsiskirdavo. O. Gėrike sukonstravo ir pirmąją elektros mašiną. Ją sudarė sieros rutulys, besisukantis ant geležinės ašies, elektra susidarydavo trinantis rutuliui į ranką. O. Gėrike, kaip pūkelis, pritrauktas įelektrinto rutulio, po kurio laiko atšokdavo nuo rutulio, taigi įrodė, kad įelektrinti kūnai gali ne tik traukti, bet ir stumti lengvus daiktus. O. Gėrike taip pat aptiko elektros indukcijos reiškinį - įsielektrinimą kūno, laiko­mo netoliese patrinto sieros rutulio - bei įelektrinimo perdavimą linine virvute. Deja, jo elektros bandymai, skirtingai nuo bandymų su išretintu oru, nesulaukė didesnio dėmesio R.Boyle dujų būvio dėsnis ir „korpuskulinė filosofija". Viena iš ryškiausių XVII a. II pusės mokslo figūrų - chemikas, fizikas ir teologas Ro-bert Boyle (Robertas Boilis, 1627-1691) Jis kartu su savo asistentu R.Hooke'u (R.Hukas), vėliau tapusiu žymiu mokslininku, sukūrė patobulintą oro siurblį. Juo naudodamasis Boilis pakartojo Torricelli bandymą inde, iš kurio buvo siurbiamas oras, ir stebėjo gyvsidabrio stulpelio žemėjimą, taip pat nustatė vandens virimo temperatūros kritimą, mažėjant oro slėgiui. Jis atliko kūnų kritimo tuštumoje bandymą, kuris patvirtino Galilei'aus išvadą, kad, nesant oro pasipriešinimo, lengvi ir sunkūs kūnai krinta vienodu greičiu. Boilis stebėjo oro slėgio didėjimą, mažėjant jo tūriui ir įžvelgė bendrą dėsnį. O E.Mariotte suformulavo dėsnį iš naujo po keliolikos metų, visai neminėdamas lotynų kalba paskelbto Boilis darbo. Tiesa, Mariotte pirmasis pritaikė šį dėsnį slėgio priklausomybei nuo aukščio nustatyti. Boilis pradėjo naudoti chemijoje kiekybinius eksperimentinės fizikos metodus, įvedė cheminio elemento sąvoką, suformulavo naujus chemijos tikslus, įžvelgė, kad cheminiai reiškiniai yra glaudžiai susiję su medžiagos struktūra, su atomų egzistavim. Boilis žengė esminį žingsnį įtvirtindamas korpuskulinę arba atominę hipotezę ir fizikoje. Plėtodamas F.Bacon'o idėją, kad šiluma yra susijusi su judėjimu, Boilis išplėtojo mechaninę šilumos sampratą. 5.4. CH.HUYGENS'O IR R.HOOKE'O MECHANIKOS BEI OPTIKOS DARBAI Christiaan Huygens (Kristianas Heigensas, 1629-1695) - žymus olandų fizikas, astronomas, matematikas. Huygens išgarsėjo, sukūręs švytuoklinį laikrodį (1657 m.), nes tikslus laiko matavimas tuo metu buvo labai aktuali praktinė problema Huygens pats su broliu gamino tuo metu geriausius teleskopus ir vienu iš jų įžiūrėjo Saturno žiedus. Jo knygoje „Švytuoklinis laikrodis arba apie svyruoklės judėjimą" aprašyta kelių tipų laikrodžių sandara ir veikimas, bet ir išspręsta svarbių teorinių problemų, aprašyta fizinė svyruoklė. Vėliau Ch.Huygens paaiškino nedidelius svyruoklės periodo skirtumus įvairiose Žemės vietose sunkio jėgos pakitimu ir tuo remdamasis padarė išvadą, kad Žemė dėl sukimosi yra susiplojusi ties ašigaliais. Ch.Huygens ištaisė R.Descartes klaidą ir nuosekliai išsprendė tampraus kūnų smūgio problemą. Jis padarė išvadą, kad „kiekvieno kūno" ir jo greičio kvadrato sandauga, susumuota atsižvelgiant į visus susidūrime dalyvaujančius kūnus, smūgio metu nesikeičia. G.Leibniz iškėlė prielaidą, kad gyvosios ir mirusios jėgų suma nesikeičia (mechaninės energijos tvermės dėsnis). Ch.Huygens daug nusipelnė ir kitai pagrindinei to meto fizikos sričiai - optikai. Jis ilgą laiką plėtojo banginę šviesos teoriją, bet tik pasiekęs pakankamo užbaigtumo ir aiškumo, paskelbė ją „Traktate apie šviesą" (1690). Anot Huygens'o, šviesa - tai išilginės bangos, sklindančios eteriu - labai lengva neregima medžiaga, kuri užpildo visą erdvę ir kūnų tarpus. Šis Huygens'o suformuluotas principas įgalino jį nuosekliai aprašyti įvairius šviesos reiškinius: atspindį, lūžį, visiškąjį vidaus atspindį, refrakciją (šviesos užlinkimą atmosferoje) ir neseniai atrastą dvigubąjį lūžį islandiškajame špate. Ch.Huy­gens ypač pabrėžė, kad banginė šviesos teorija gerai paaiškina nuostabų faktą, jog skirtingų šaltinių šviesa neveikia ir neiškreipia viena kitos; tai sunku interpretuoti manant, kad šviesa yra dalelių srautas. Deja, Huygens'o banginė teorija nepaaiškino pagrindinės šviesos savybės - spindulio tiesiaeigio sklidimo. R.Hooke. Ch.Huygens'o amžininkas Robert Hooke (Robertas Hukas, 1635-1703) buvo vienas universaliausių ir kūrybingiausių XVII a. antros pusės mokslininkų. R.Hooke atrado kietųjų kūnų tamprumo dėsnį (Hooke'o dėsnis). Jis nepriklausomai nuo Nevvton'o priėjo išvadą, kad egzistuoja visuotinės traukos jėga, kuri mažėja proporcingai atstumo kvadratui. R.Hooke, kaip ir R.Boyle, plėtojo kinetinę šilumos teoriją; jis bandymais įrodė, kad įvairių medžiagų lydymosi ir virimo temperatūros yra pastovios, tad jas galima panaudoti termometrui kalibruoti. R.Hooke gerokai patobulino mikroskopą ir juo naudodamasis atliko įvairius fizikos ir biologijos tyrimus, kurių rezultatus išdėstė plačiai pagarsėjusiame veikale „Mikrografija" (1665 m.). Čia buvo aprašytas spalvų susidarymas plonose plėvelėse (pavyzdžiui, riebalų plėvelėse vandens paviršiuje. Jis pirmasis nustatė, kad augalai sudaryti iš ląstelių. R.Hooke nepriklausomai nuo Ch.Huygens'o plėtojo banginę šviesos teoriją. R.Hooke teisingai spėjo, kad šviesos bangos yra ne išilginės, o skersinės, tačiau apskritai jo teorija buvo mažiau nuosekli ir išbaigta negu Huygens'o. 6.1. GYVENIMAS IR VEIKLA I.Newton - vienas garsiausių visų laikų mokslininkų, sukūręs klasikinės fizikos ir aukštosios matematikos pagrindus. Jo veikla turėjo didžiulės įtakos ne tik šių mokslų, bet ir filosofijos bei kultūros, visos mūsų civilizacijos raidai. Isaac Newton (Izaokas Niutonas) gimė 1643 m., t.y. praėjus maždaug metams po G.Galilei'aus mirties, Anglijoje. Dar būdamas studentas, I.Newton susidomėjo optika, ėmė rinkti bei pats gaminti prietaisus ir vykdyti bandymus. 1664-1667 m. Anglijoje siautėjo maro epidemija, ir jis dvejus metus nuo 1665 m. vasaros praleido gimtajame Vulstorpe. Čia jis suformulavo visuotinės traukos idėją, sukūrė diferencialinio ir integralinio skaičiavimo pagrindus, bandymais su prizmėmis įrodė, kad balta šviesa yra įvairių spalvų šviesos mišinys, pradėjo gaminti naujo tipo teleskopą reflektorių. I.Newton sėkmingai ir sparčiai praėjo visas mokslines pakopas - 1665 m. gavo bakalauro laipsnį, 1667 m. tapo jaunesniuoju kolegijos nariu, o 1668 m. - magistru ir vyresniuoju nariu. Dar po metų Newton užėmė Liukaso katedrą ir tapo profesoriumi. Tuo metu jis atkakliai konstravo ir tobulino teleskopą su įgaubtu sferiniu veid­rodžiu. Jį Newton pasiuntė karaliui. Teleskopą labai gerai įvertino Londono Karališkosios draugijos nariai, ir I.Newton 1672 m. buvo priimtas į šią draugiją. Tais pat metais jis įteikė draugijai memuarą apie savo bandymus su šviesa ir dispersijos paaiškinimą. Deja, šie Newton'o rezultatai buvo sutikti skeptiškai ir net kritiškai. I.Newton pasižymėjo nepaprastu darbštumu bei atkaklumu ir visą savo laiką skyrė moksliniams tyrimams ir akademinėms pareigoms. Šeimos jis nesukūrė I.Nevvton'o nuo 1665-1667 m. ligi 1680 m. kūrė ir tobulino teleskopą, atkakliai bandė atskleisti šviesos prigimtį, plėtojo korpuskulinę šviesos teoriją, teigiančią, jog šviesa yra dalelių -korpuskulų srautas, ir taikė ją įvairiems optiniams reiškiniams paaiškinti. Apie 1680 m. I.Newton vėl ėmėsi matematiškai nagrinėti planetų judėjimą aplink Saulę, veikiant visuotinei traukos jėgai ir pradėjo rašyti tam skirtą veikalą „Gamtos filosofijos matematiniai pagrindai". Jame buvo suformuluoti trys pagrindiniai mechanikos dėsniai, visuotinės traukos dėsnis ir jie pritaikyti planetų judėjimo ir kitoms mechanikos problemoms spręsti. Po 1687 m. I.Newton daugiausia laiko skyrė chemijai ir teologijai. Chemija jis domėjosi nuo studijų laikų ir atkakliai eksperimentavo, siekdamas paversti paprastus metalus auksu. 1692 m. Newton'o laboratorijoje įvyko didelis gaisras, kurio metu sudegė jo rankraščiai, anot kai kurių šaltinių, ir jo chemijos veikalas. 1695 m. karalius paskyrė I.Newton'ą Londono Monetų rūmų saugotoju, o 1699 m. -jo direktoriumi. 1703 m. I.Newton buvo išrinktas Londono Karališko­sios draugijos prezidentu ir daug laiko skirdavo jos veiklai. 6.2 Visuotinės traukos desnis Svarbiausiu savo atradimu I.Newton laikė visuotinės traukos dėsnio nustatymą ir įrodymą, kad trauka lemia kūnų kritimą Žemėje. Nukritęs obuolys padėjo jam atrasti visuotinę trauką. Sprendimas tapo įmanomas tik suvokus heliocentrinę sistemą (Koperniko), planetos juda aplink saulę, kuri nejuda. JohanesKepler (1571-1630) rašė, kad Mėnulis sukasi aplink Žemę, jos traukiamas, o planetos juda dėl Saulės. Remdamasis tuo, kad visos planetos juda vienoje plokštumoje, jis spėjo, kad Saulės trauka veikia tik toje plokštumoje, tad skirtingai nuo šviesos, kuri silpnėja proporcingai atstumo kvadratui, trauka turi silpnėti proporcingai atstumo pirmajam laipsniui. J.Kepler suformulavo pirmuosius planetų judėjimo dėsnius. Kūnų svorio ir dangaus kūnų traukos priežastis yra - visiems kūnams būdinga tendencija jungtis. (Paaiškėjus, kad Žemė nesiskiria nuo kitų dangaus kūnų, J.Kepler pritaikė senovės graikų filosofų teiginį, kad panašus traukia panašų). Veikiant tai traukai, planetos turėtų nukristi ant Saulės, o Mėnulis ant Žemės, jei jų nelaikytų orbitoje animalioji jėga. 1619 m. J.Kepler nustatė trečiąjį dėsnį, siejantį planetų sukimosi periodus su jų vidutiniu atstumu nuo Saulės. G.Borelli - 1667 m. lygino planetos judėjimą aplink Saulę su judėjimu akmens, sukamo svaidyklės, betgi ir jis, kaip ir J.Kepler, orbitos stabilumui paaiškinti dar netaikė inercijos dėsnio. Tuo pat metu šios problemos sprendimo ėmėsi I.Newton. Iš Kepler'io taisyklės, teigiančios, jog planetų periodai, pakelti trijų antrųjų laipsniu, yra proporcingi atstumams ligi jų orbitų centrų, jis išvedė, kad jėgos, laikančios planetas jų orbitose, turi būti atvirkščiai proporcingos kvadratams atstumų iki centrų, aplink kuriuos jos sukasi. Tuo remdamasis palygino jėgą, reikalingą išlaikyti Mėnuliui jo orbitoje, su svorio jėga Žemės paviršiuje ir nustatė, kad jos beveik atitinka viena kitą. Gavęs šiuos rezultatus, I.Newton jų nepaskelbė. Manoma, kad jis naudojo netikslią Žemės radiuso vertę, todėl išliko abejonė, ar traukos jėga Žemės paviršiuje ir Mėnulio orbitoje yra ta pati jėga. Anot kitos versijos, I.Newton'ui tuo metu dar nepavyko įrodyti, kad sferinis kūnas traukia materialų tašką taip, tarsi visa kūno medžiaga būtų sukoncentruota jo centre. R.Hooke irgi priartėjo prie visuotinės traukos dėsnio atradimo. 1666 m, R.Hooke bandė nustatyti eksperimentiškai, kaip kūno svoris priklauso nuo jo aukščio virš Žemės paviršiaus. R.Hooke menė, kad visi kūnai traukia į centrą ne tik savo dalis, bet ir kitus kūnus, esančius jų veikimo sferoje. Tuo metu jis dar manė, kad ši jėga yra atvirkščiai proporcinga atstumui, trauka turėtų silpnėti pagal kvadratinį dėsnį. 1683 m. E.Haley'ui pavyko iš trečiojo Kepler'io dėsnio įrodyti traukos jėgos atvirkščią kvadratinę priklausomybę nuo atstumo. Wren, Hooke ir Haley nutarė skirti premiją už įrodymą, kad veikiant jėgai F ~ r-2, planeta juda elipse. Bet I.Newton tai jau buvo issprendęs seniai. Veliau I.Newton griežtai apibrėžė svarbiausias mechanikos sąvokas, tarp jų - masę ir jėgą, suformulavo pagrindinius mechanikos dėsnius, o po to išnagrinėjo įvairius kūnų judė­jimo atvejus, daugiausiai dėmesio skirdamas judėjimui, kai veikia jėga, atvirkščiai proporcin­ga atstumo kvadratui. Newton įrodė, kad jos vei­kiami kūnai gali judėti ne tik elipse, bet ir pa­rabole bei hiperbole, ir pirmuoju atveju teoriškai gavo Kepler'io dėsnius. Iš tų dės­nių sekė atvirkštinė kvadradnė jėgos priklausomybė nuo atstumo. I.Newton, remdamasis žinomais astrono­miniais duomenimis apie planetų, jų palydovų ir Mėnulio judėjimą, teigė, kad visi tie dangaus kūnai juda pagal Kepler'io dėsnius. Toliau jis įrodė, kad „jėga, kuri laiko Mėnulį jo orbitoje, ties Žemės paviršiumi tampa kūnų sunkio jėga. Visa tai apibendrinęs jis padarė išvadą, kad „trauka veikia tarp visų kūnų ir yra proporcinga kiekvieno iš jų masei". Suformulavo visuotinės traukos dėsnį, nustatė bendras visuotinės traukos arba gravitacijos savybes, bet nepateikė jos prigimties paaiškinimo. I.Newton pritaikė visuotinės traukos dėsnį svarbioms dangaus mechanikos problemoms spręsti: jis išnagrinėjo Mėnulio judėjimą, veikiant ne tik Žemei, bet ir Saulei, t.y. apytiksliai išsprendė trijų kūnų problemą, pateikė potvynių ir atoslūgių teoriją, aprašė kometų judėjimą ir kt. Taigi, nors visuotinės traukos idėja buvo iškelta dar Newton'o pirmtakų, jis pirmasis griežtai, bendru pavidalu suformulavo dėsnį ir juo remdamasis išplėtojo teorinę dangaus mechaniką. 7.1. LAIKOTARPIO IR MOKSLO CHARAKTERISTIKA XVIII a. Anglijoje prasidėjo pramonės revoliucija, kuri amžiaus antroje pusėje apėmė ir kitas išsivysčiusias Vakarų Europos šalis bei JAV. Rankų darbą ėmė keisti mašinos, varomos vėjo, vandens ir garo jėgos. Pirmos aukšto­sios technikos mokyklos atsirado XVIII a. viduryje, jose buvo dėstoma paprastųjų mechanizmų ir medžiagų atsparumo pagrindai. Fizikos ryšys su technika buvo silpnas. Sparti technikos raida skatino visuomenės domėjimąsi tiksliaisiais mokslais, o technikos problemos nurodydavo fizikams naujas tyrimų kryptis, tačiau mokslininkai nesirūpino savo rezultatų praktiniu taikymu. XVIII a. pabaigoje Prancūzijoje buvo įvesta metrinė vienetų sistema, pagrįsta metro ir kilogramo etalonais. Napoleon savo žygių metu išplatino šią sistemą visoje Europoje. XVIII a. mokslo raida tapo sistemingesnė, mokslininkų skaičius sparčiai augo, jie dirbo pavieniui, bet palaikydami tarpusavio ryšius. Universitetuose vyravo viduramžių mokslas, todėl jų vaidmuo sumenko. Mokslininkai įvairiose šalyse jungėsi į akademijas. Remiamos valdovų ar apsišvietusių didikų, akademijos skelbdavo konkursus svarbiom problemom spręsti - tai buvo pirmosios planingo mokslo užuomazgos. XVIII a. iš fizikos galutinai išsiskyrė astronomija, geologija ir kiti gamtos mokslai. Mokslo visuomenė priėmė Newton'o teorijas, jo metodus, mokslo sampratą. Mechanikos, šviesos, šilumos, elektros reiškinius buvo mėginama aiškint dalelių judėjimu, veikiant elektrinėms, magnetinėms ar cheminėms jėgoms. Newton'o idėjos buvo labai naudingos mechanikoje: XVIII amžiuje mokslininkai išplėtojo - ant I.Newton'o sukurtų pagrindų - klasikinės mechanikos teoriją. Optikos pasiekimai XVIII amžiuje nebuvo dideli.I.Newton'o dėka optikoje įsivyravo korpuskulinė šviesos teorija. 1728 m. J.Bradley atrado ir paaiškino aberacijos reiškinį - nustatė, kad žvaigždžių regimosios padėtys keičiasi sukantis Žemei aplink Saulę, kas liudijo, kad šviesos greitis yra baigtinis. Atsirado nauja taikomoji optikos sritis - fotometrija, jos pavadinimas, pagrindiniai dydžiai (ryškis, apšviestumas) ir svarbiausieji dėsniai (apšviestumo priklausomybė nuo atstumo ligi šaltinio, apšviesto paviršiaus ploto ir kritimo kampo) buvo pateikti vokiečio Johann'o Lambert'o veikale „Fotometrija arba apie šviesos, spalvų ir šešėlių matavimą ir lyginimą" (1760 m.). Esminį indėlį į fotometrija taip pat įnešė prancūzas Pierre Bouguer, kuris išrado fotometrą ir nustatė logaritminį šviesos sugerties dėsnį, jai praeinant pro oro sluoksnį. Optinių instrumentų, tarp jų - teleskopų, kokybę padėjo žymiai pagerinti išrasti achromatiniai (neiškraipantys baltos šviesos) lęšiai. 7.2. KLASIKINĖS MECHANIKOS SUKŪRIMAS Trijų Newton'o dėsnių iš principo pakanka bet kokiam mechanikos reiškiniui aprašyti. Tačiau išvedimas iš pirminių principų dažnai būna sudėtingas ir neracio­nalus. XVIII a. grupė mokslininkų, fizikų ir matematikų - L.Euler, D.Bernoulli, J.d'Alam-bert, j .Lagrange, P.S.Laplace ir k.t. - išplėtojo matematinę arba analizinę mechaniką, aprašančią ne tik materialiųjų taškų, bet ir kietųjų kūnų bei skysčių judėjimą. Jo kūrėjai ne visada sutiko su Newton'u, bet iš tikrųjų jie sąmoningai ar nesąmo­ningai rėmėsi jo idėjomis, įgyvendino jo atskleistas perspektyvas. Žymiausias analizinės mechanikos kūrėjas - Leonardas Oileris (1707-1783). Jis atliko fundamentinių darbų iš įvairių matematikos sričių: buvo kompleksinio kintamojo teorijos, variacinio skaičiavimo, specialiųjų funkcijų teorijos pradi­ninkas, išplėtojo integralinį skaičiavimą ir dife­rencialinių lygčių teoriją. Daugelį savo mate­matinių rezultatų jis taikė mechanikoje. Savo mechanikos veikale „Mechanika arba mokslas apie judėjimą, analiziškai išdėstytas" (1736 m.), jis nuosekliai taikydamas daugiausia savo paties išplėtotus diferencialinio ir integralinio skaičiavimo metodus, aprašė laisvojo ir suvaržytojo materialiojo taško judėjimą tuštumoje bei terpėje esant trinčiai. 1746 m. L.Euler suformulavo judėjimo kiekio momento tvermės dėsnį. Veliau L.Euler padėjo kietųjų kūnų mechanikos pagrindus, sukūrė inercijos momentų teoriją, aprašė sukamąjį judėjimą, taip pat ir vilkelio sukimąsi. L.Euler kartu su D.Bernoulli buvo pagrindiniai skysčių mechanikos kūrėjai. Bernoulli išvedė idealiojo skysčio stacionaraus judėjimo lygtį (Bernoulli lygtis), aprašė spūdžių ir nespūdžių skysčių, veikiamų įvairių jėgų, judėjimą, taip pat aprašė stygos svyravimus. Vokiečių fizikas E.Chladni (1756-1827) yra laikomas eksperi­mentinės akustikos kūrėju. XVIII a. pabaigoje nemažą mokslininkų ir net visuomenės susidomėjimą sukėlė vadinamos Chladni'o figūros - gražios simetriškos figūros, kurios atsiranda pabarsčius vibruojančią plokštelę smėliu. Chladni nustatė strypo svyravimo dėsnius. Po L.Euler'io „Mechanikos" kitas mechanikos veikalas buvo Žano Dalambero „Traktatas apie dinamiką" (1743 m.). d'Alembert stengėsi mechaniką paversti abstrakčia matematine teorija, kuri remtųsi ne iš eksperimento išplaukiančiais fizikos principais, o abstrakčiomis aksiomomis. d'Alembert išskyrė jėgas, veikiančias materialiųjų taškų sistemą, į „judinančias" jėgas, kurios suteikia pagreitį, ir „prarastąsias" jėgas, kurias atsveria ryšių reakcijos jėgos. Įvedus dar inercijos jėgas, lygias kiekvieno materialaus taško masės ir jo pagreičio sandaugai su minuso ženklu, dinamikos uždavinį galima suvesti į paprastesnį statikos uždavinį. Šis d'Alembert'o principas plačiai naudojamas taikomojoje mechanikoje. Žozefas Lagranžas (1736-1813), jo veikalas „Analizinė mechanika" (1788 m.). Jis įvedė mechaninės sistemos charakteringąją funkciją (lagranžeaną), priklausančią nuo apibendrintųjų koordinačių, ir, pritaikęs d'Alembert'o bei mažiausių poslinkių principus, užrašė bendras lygtis, aprašančias sistemos judėjimą (Lagrange'o lygtys). Lagrange'o veikalas aprėpė mechanikos principus, konkrečių sistemų nagrinėjimą bei lygčių sprendimą ir juos sujungė. Pjeras Simonas Laplasas (1749-1827) išplėtojo dangaus kūnų mechaniką. P.S.Laplace pasiūlė įvairius artutinio skaičiavimo metodus ir juos pritaikė planetų bei jų palydovų judėjimui aprašyti. Jis teoriškai įrodė Saulės sistemos stabilumą ir pasiūlė hipotezę apie jos kilmę. Paaiškėjus, kad mechaninės sistemos ateitį nulemia jos dalelių padėtys ir greičiai pradiniu laiko momentu bei veikiančios jėgos, buvo padaryta išvada, kad iš mechanikos išplaukia: viskas gamtoje yra sudaryta iš vienokių ar kitokių dalelių, kurioms galioja mechanikos dėsniai, tai bet kokio reiškinio ateitis yra vienareikšmiškai nulemta praeities. Plačiai žinomi tapo P.S.Laplace žodžiai, kad „Intelektas, kuris tam tikru laiko momentu žinotų visas jėgas, veikiančias gamtoje ir visų jos sudėtnių dalių padėtis, be to, kuris būtų toks galingas, kad išanalizuotų šiuos duomenis, aprėptų viena formule tiek didžiausių Visatos kūnų, dek lengviausių atomų judėjimą - neliktų nieko, kas būtų neaišku ir netikra, -jis numatytų ir ateitį, ir praeitį". Tik XIX a. paaiškėjo, kad mechaniniai modeliai aprašo ne visus fizikos reiškinius, o XX a. teko atsisakyti griežto determinizmo net klasikinėje mechanikoje - paaiškėjo, kad netiesinių lygčių sprendiniai dažnai būna labai jautrūs pradinėms sąlygoms. O kadangi pradinių sąlygų negalima žinoti be galo dideliu tikslumu, tai ir lygčių sprendiniai ilgesniam laiko tarpui pasidaro neapibrėžti. Taigi mechanika pirmoji iš fizikos ir apskritai gamtos mokslo sričių įgavo griežtą pavidalą. Ji tapo tiksliojo mokslo pavyzdžiu. 8.2. FRANKLIN 'O BANDYMAI IR ELEKTROS TEORIJA Vienoje viešoje elektros demonstracijoje dalyvavęs 40 metų žymus JAV politikas Benjamin Franklin(1706-1790) susidomėjo elektros reiškiniais ir pats ėmėsi tyrimų. Jis buvo vienas iš JAV Nepriklausomybės akto ir konstitucijos kūrėjų. B.Franklin atkreipė dėmesį, kad elektros kibirkštys lengviau susidaro artinant prie elektringo kūno daiktą su smailu galu. Jam kilo mintis panaudoti tą „smaiga­lio savybę" žaibo elektrinei prigimčiai įrodyti. Elektra ir žaibas gali uždegti daiktus, užmušti, panaikinti geležies įmagnetinimą, sukelti specifinį kvapą. Jis pasiūlė esminį bandymą hipotezei patikrinti - pastatyti aukštą geležinį stulpą, izoliuoti jį nuo žemės ir stebėti, ar audros debesiui slenkant virš stiebo, iš stiebo apatinio galo į artinamą įžemintą laidininką ar žemę turi šokti elektros kibirkštys. Anglų fizikai šią idėją palaikė fantastine. Tik Colinsson'ui išspausdinus laišką, bandymas 1752 m. buvo atliktas Prancūzijoje, Paryžiaus priemiestyje - prie geležinio stiebo budėjęs kareivis audros metu iš tikro pastebėjo į žemę šokančią elektros kibirkštį. Beveik tuo pat metu B.Franklin pats atliko panašų bandymą - jis audros metu iškėlė aukštyn aitvarą su smaigaliu. Jis įrodė, kad debesies apačia dažniausiai būna įelektrinta neigiamai. B.Franklin tuoj pat pritaikė savo atradimą žaibolaidžiui, ir šis greitai paplito Amerikoje, o vėliau ir Europoje. 1750 m. jis pasiūlė pirmąją elektros teoriją. Jis teigė, kad egzistuoja elektros substancija, kurią sudaro labai mažos, judrios dalelės. Jos, priešingai nei medžiagos dalelės, stumia viena kitą, bet yra traukiamos medžiagos dalelių. Todėl kiekviename kūne yra elektros substancijos tiek, „kiek jos ten telpa", ir tokiu atveju kūnas yra elektriškai neutralus. Jei jis trinamas ar suliestas su kitu kūnu įgauna papildomai elektros substancijos, tada tampa įelektrintas teigiamai, o jei netenka jos -būna įelektrintas neigiamai. Taigi, anot Franklin'o, elektros substancija nėra sukuriama nei sunaikinama, o tik pereina iš vieno kūno į kitą. Franklin eksperimentiškai įrodė, kad stiklinė iš vienos pusės būna įelektrinta teigiamai, o iš kitos pusės - neigiamai. Per stiklą, kuris yra izoliatorius, teigiama ir neigiama elektra negali panaikinti viena kitos, bet sujungus abu Leideno stiklinės apvalkalus laidininku, įvyksta elektros iškrova. Remdamasis savo išvadomis, Franklinas sukonstravo pirmą plokščiąjį kondensatorių, kurį sudarė lango stiklo gabalėlis su švino plokštelėmis iš abiejų pusių. Franklin'o elektros teorija buvo plačiai pripažinta, tačiau netapo vienintele teorija. 8.3. KRŪVIŲ SĄVEIKOS DĖSNIO NUSTATYMAS Cavendish'o bandymai. Norint pereiti nuo kokybinių prie kiekybinių elektros tyrimų, buvo būtina nustatyti elektros jėgos dėsnį. Pirmasis šios problemos eksperimentinio sprendimo ėmėsi anglų fizikas Henry Cavendish (Henris Kavendišas, 1731-1810). Jis reguliariai lankydavosi Londono Karališkosios draugijos posėdžiuose, pranešdavo juose savo rezultatus, bet tik tokius, kuriuos pats laikydavo visapusiškai patikrintais ir reikšmingais. Cavendish atliko svarbių chemijos darbų - įrodė, kad oras yra dujų mišinys, atrado anglies dioksidą, išskyrė vandenilį, o jungdamas deguonį su vandeniliu gavo vandenį.1767 m. Cavendish ėmėsi tirti, kaip elektros jėga priklauso nuo atstumo. Jo eksperimentinis įrenginys susidėjo iš metalinio rutulio, kurį buvo galima uždengti dviem didesnio tuščiavidurio rutulio pusėmis taip, kad rutuliai vienas su kitu nesiliesrų. Pro mažą skylutę išoriniame rutulyje Cavendish sujungdavo rutulius vielele ir įelektrindavo išorinį rutulį. Po to ištraukdavo vielelę ir tirdavo vidinio rutulio įelektrinimą. Teorinis nagrinėjimas rodė, kad visa rutulių sistemai suteikta elektra pasiskirsto didesniojo rutulio paviršiuje ir vidinis rutulys lieka neįelektrintas tik tuo atveju, jei elektros sąveikos jėga silpnėja atvirkščiai proporcingai atstumo kvadratui:F~r-2. Iš tikrųjų Cavendish kruopščiais bandymais neaptiko vidinio rutulio įsielektrinimo. Cavendish užrašė savo dienoraštyje: „Galime padaryti išvadą, kad elektrinė trauka ir stūma turi būti atvirkščiai proporcingos atstumo laipsniui, kurio dydis yra tarp 2+1 /50 ir 2-1 /50, bet, matyt, jis tiksliai lygus 2". Deja, tas Cavendish'o atradimas, kaip ir daug kitų jo rezultatų, liko nepaskelbtas. H.Cavendish'o užrašus tik 1879 m. paskelbė J.Maxwell.Tiesa, dar B.Franklin buvo pastebėjęs, kad įelektrintas tuščiaviduris rutulys neveikia rutuliuko, pakabinto rutulio viduje, o J.Pristley (Dž.Pristlis), vėliau pakartojęs šį bandymą, aiškino rezultatą atvirkštine kvadratine jėgos priklausomybe nuo atstumo. (Apie tai Pristley rašė „Elektros istorijoje".) H. Cavendish rezultatas reikšmingas dar vienu požiūriu - tai vienas iš pirmųjų bandymų įvertinti eksperimento paklaidas. Jis pirmasis įvedė elektros talpos sąvoką, matuodamas šį dydį „elektros coliais", t.y. skersmeniu sferinio kondensatoriaus, kuris turėjo ekvivalenčią elektros talpą. Pastebėjęs, jog kondensatoriaus talpa priklauso nuo izoliatoriaus medžiagos, Cavendish ėmė vartoti dielektrinę konstantą (skvarbą) ir išmatavo ją kai kurioms medžiagoms. Jis turėjo pasigaminęs pusšimtį įvairaus dydžio kondensatorių ir, jungdamas juos į bateriją, galėdavo gauti nemažos galios elektros šaltinį. Tuo naudodamasis Cavendish atliko pirmuosius elektros srovės matavimus. Kaip matavimo prietaisą jis naudojo savo kūną - įjungdavo save į grandinę ir iš smūgio stiprumo, ypač iš pojūčių riešuose ir alkūnėse, spręsdavo apie pratekėjusios elektros kiekį. Taigi Cavendish priartėjo ir prie varžos sąvokos supratimo. Ch.Kulono darbai iš elektros ir magnetizmo. Krūvių sąveikos dėsnis vadinamas Kulono vardu, nes jis pirmasis nustatė tą dėsnį tiesioginiais matavimais ir jį paskelbė. Prancūzas Charles Kulonas (1736-1806) Jis pirmasis ėmė tyrinėti stangrumo jėgą, kuri atsiranda užsukant metalinę vielelę ar siūlą. Kulonas nustatė, kad ši jėga yra tiesiog proporcinga užsukimo kampui ir ketvirtajam vielelės skersmens laipsniui bei atvirkščiai proporcinga jos ilgiui; tai įgalino jį matuoti jėgą pagal siūlo užsukimo kampą. Tuo naudodamasis Kulonas sukonstravo labai jautrų prietaisą, jo pavadintą sukamosiomis svarstyklėmis, ir nutarė jas naudoti elektrinei ir magnetinei jėgoms matuoti.Sukamąsias svarstykles, pritaikytas elektringų kūnų sąveikai tirti, sudarė ant stangrios vielelės pakabinta lazdelė su šeivamedžio rutuliuku a viename gale ir atsvarų g kitame gale. Iš pradžių rutuliukas liesdavo kitą, ant metalinio strypelio pakabintą, rutuliuką. Pastarajam suteikus elektros, dalis jos nutekėdavo ir į antrąjį rutuliuką, tad pastarasis atsistumdavo, užsukdamas vielelę. Jėgą, veikiančią tarp įelektrintų rutuliukų, Kulonas nustatydavo pagal skalę prietaiso viršuje, o atstumą - pagal skalę stiklinio indo šone. Kiek sunkiau buvo išmatuoti priešingai įelektrintų rutuliukų trauką, bet Kulonas išsprendė ir šį uždavinį. Nustatytą jėgos priklausomybę nuo atstumo Kulonas patikrino naudodamas kitą originalų metodą -registruodamas įelektrintos strėliukės virpėjimų dažnį, veikiant ją įvairaus stiprio elektros jėga.Apibendrindamas daugelio matavimų rezultatus, Ch.Kulonas 1785 m. suformulavo tokį dėsnį: „Dviejų įelektrintų rutuliukų, taigi ir dviejų elektros molekulių, stūmos, taip pat ir traukos, veikimas yra tiesiog proporcingas elektrinės medžiagos tankiui abiejose elektros molekulėse ir atvirkščiai proporcingas atstumo tarp jų kvadratui". Stebėtą nedidelį nukrypimą nuo šio dėsnio jis paaiškino elektros nutekėjimu.Ch.Kulonas dar nenaudojo elektros krūvio sąvokos, tik vėliau jis, remdamasis analogija su visuotinės traukos dėsniu, įvedė „elektros masės" pavadinimą. Jis nematavo ir jėgos priklausomybės nuo rutuliukų „elektros masių" (krūvių), laikydamas savaime aiškiu dalyku, kad ši priklausomybė tokia pat, kaip ir gravitacijos masių atveju. Kulonas'o bandymai buvo atliekami ore, į aplinkos įtaką sąveikos jėgai atsižvelgė tik M.Faraday. Kulonas elektros daleles vadino molekulėmis ir teigė, kad jos yra dviejų rūšių, t.y. pripažino Symmer'io, o ne Franklin'o teoriją.Sukamąsias svarstykles Ch.Kulonas pritaikė ir magnetinei jėgai matuoti. Jis nustatė, kad magnetinių rodyklėlių sąveikos jėga taip pat silpnėja proporcingai atstumo kvadratui. Kulonas ištaisė pagrindinį Aepinus'o magnetizmo teorijos trūkumą, padaręs prielaidą, kad „magnetinė substancija yra užsklęsta kiekvienos molekulės arba dalelės, sudarančios magnetą ar plieną, viduje... ir ši substancija gali pasislinkti iš vieno molekulės galo į kitą, dėl ko kiekviena molekulė įgyja du polius, bet ta substancija negali pereiti nuo vienos molekulės prie kitos".Vienoda elektrinės ir visuotinės traukos jėgos priklausomybė nuo atstumo įgalino elektros fizikoje pritaikyti kai kuriuos mechanikos pasiekimus, tarp jų - potencialo teoriją. 8.4. ELEKTROS SROVES ŠALTINIO SUKŪRIMAS Stiprus elektros poveikis gyviesiems organizmams kėlė mintį, kad ta paslaptinga substancija vaidina svarbų vaidmenį gyvybiniuose procesuose. Tad medikai ir fiziologai ėmėsi tirti biologinį elektros veikimą. Madingais bioelektriniais tyrimais 1773 m. užsiėmė ir Bolonijos universiteto anatomijos profesorius Luigi Galvani (Luidžis Galvanis, 1737-1798), kuris daugelį metų tyrinėjo varlės raumenis ir padarė netikėtą atradimą: sudarius uždarą grandinę iš varlės raumens ir dviejų skirtingų, besiliečiančių vienas su kitu metalinių laidininkų, raumuo susitraukdavo taip, lyg per jį vyktų elektros iškrova, nors laidininkai ir nebūdavo prijungti prie elektros šaltinio. Galvani padarė išvadą, jog elektros šaltinis yra pačiame raumenyje ir jam pavyko aptikti naujos rūšies „gyvūnų elektrą“. Tarp mokslininkų, entuziastingai sveikinusių Galvani, buvo ir jo tėvynainis Alessandro Voltą (Alesandras Voltą, 1745-1827). Vis dėlto, kaip tikras mokslininkas, jis ėmėsi kruopščiai tikrinti Galvani'o rezultatus. Voltą priėjo išvadą, kad varlės raumuo atlieka tik jautraus elektros srovės matavimo prietaiso vaidmenį, o „tikrieji elektros judintojai" yra skirtingų metalų pora. Prie tos hipotezės A.Volta'ą atvedė ne tik Galvani'o bandymai, bet ir filosofo J.Sulzer'io (J.Zulceris) 1752 m. nustatytas keistas faktas, kad, sulietus dvi skirtingų metalų plokšteles, o kitais jų galais suspaudus liežuvį, juntamas savotiškas skonis. A.Voltą išmetė iš grandinės fiziolo­ginį elementą, pakeisdamas jį skystu laidininku - elektrolitu, o „gyvūnų elektrą" perva­dino „metalų elektra". Jis išbandė įvairių elementų poras ir surašė metalus tam tikra seka: cinkas, alavas, švinas, geležis, žalvaris, platina, auksas, sidabras, gyvsidabris; kuo toliau toje eilėje buvo metalai vienas nuo kito, tuo stipresnę elektrovaros jėgą (Volta'os įvestas terminas, vėliau pakeistas „elektrovara") jie sukurdavo. Voltą ilgai ieškojo būdo, kaip tokį elektros šaltinį su­stiprinti. Jį klaidino įsitikinimas, kad elektrolitas atlieka tik pasyvaus laidininko vaidmenį (iš tikrųjų jame vyksta cheminiai virsmai, palaikantys elektrovara), tad Voltą ban­dė tiesiogiai jungti įvairius metalus. Tik 1799 m. jam pa­vyko išrasti elektros bateriją, sudarytą iš daug porų vario ir cinko skritulėlių, atskirtų medžiagos, suvilgytos druskos Nežiūrint Volta'os darbų pripažinimo ir „Volta'os stulpo" paplitimo, fizikoje ir ypač filosofijoje liko gyvuoti „gyvūnų elektros" idėja. Teiginį, kad Galvani atrado naujo tipo elektrą, galutinai paneigė tik Faraday. Netgi elektros srovės tyrimai, naudojantis Volta'os stulpu, įgijo galvanizmo pavadinimą. Elektros srovės šaltinis, kilęs iš Volta'os elemento, ligi šiol vadinamas galvaniniu elementu, o silpnų elektros srovių matavimo prietaisas, išrastas keli dešimtmečiai po Galvani'o mirties -galvanometru. Vis dėlto reikia pripažinti, kad Galvani'o atradimas, nors ir atsitiktinis bei jo paties nesuprastas, davė pradžią naujam elektros tyrimų etapui, tad šis mokslininkas įėjo į fizikos istoriją greta elektros elemento išradėjo Volta'os. 9.3. A.FRESNEL'IO BANGINĖ ŠVIESOS TEORIJA T.Young'o idėjas išplėtojo, sukurdamas nuo­seklią matematinę šviesos bangų teoriją prancū­zų mokslininkas Augustin Fresnel (Ogiustenas Frenelis, 1788-1827). A.Fresnel buvo tiltų ir kelių inžinierius. 1815 m., turėdamas tik paprasčiausius prietaisus, užsiėmė optikos bandymais. Nežinodamas apie T.Young'o darbus, A.Fresnel nepriklausomai atrado interferencijos principą ir juo naudodamasis paaiškino įvairius difrakcijos atvejus. Jo gauti rezultatai atkreipė Paryžiaus akademikų dėmesį, ir A.Fresnel buvo pakviestas dirbti į Paryžių.Remdamasis Huygens'o bangų gaubiamosios principu ir interferencijos principu A.Fresnel ėmėsi kurti matematinę šviesos bangų teoriją. Visų pirma jis išsprendė seną problemą, kaip suderinti banginę teoriją su tiesiaeigiu šviesos sklidimu. Nors praėjusios pro mažą skylutę šviesos bangos sklinda įvairiomis kryptimis, persiklojant bangoms nuo įvairių skylutės taškų už jos susidariusi atstojamoji banga esti stipresnė tik išilgai linijos, jungiančios šviesos šaltinį ir skylutę. A.Fresnel parodė, kad difrakcijos reiškiniai stebimi tada, kai kliūties ar angos matmenys yra tos pačios eilės, kaip ir šviesos bangos ilgis. Jis išnagrinėjo difrakciją nuo skylutės ir mažo neskaidraus ekrano. Savo teoriją 1818 m. jis pateikė Paryžiaus MA konkursui. Vienas iš vertinimo komisijos narių S.Poisson (S.Puasonas), korpuskulinės šviesos teorijos šalininkas, pastebėjo, kad iš A.Fresnel'io formulių gaunamas paradoksalus rezultatas - neskaidraus ekrano šešėlio centre turi atsirasti šviesi dėmelė. Komisijos nariai tai patikrino bandymu, ir jis įtikinamai patvirtino teoriją. Tai padarė didelį įspūdį akademikams, A.Fresnel'iui buvo paskirta premija, o po kelių metų jis buvo išrinktas akademijos nariu. Bandydamas paaiškinti šviesos poliarizacijos reiškinį A.Fresnel buvo priverstas padaryti vienintelę įmanomą išvadą, kad šviesos bangos yra skersinės, nors tai ir prieštaravo to meto žinioms apie skersines bangas. Fresnel matematiškai aprašė įvairius poliarizacijos reiškinius ir gavo puikų sutapimą su eksperimentų rezultatais. Jo teorija paaiškino ir dvigubą spindulių lūžį islandiškajame špate (padarius prielaidą, kad šviesos banga kristale išsiskiria į dvi statmenai poliarizuotas bangas, sklindančias nevienodu greičiu). Taigi 1815-1823 m. A.Fresnel sukūrė tvirtus banginės optikos pagrindus. Tiesa, ne visos jo prielaidos buvo pakankamai pagrįstos. Vėliau Fresnel'io pasekėjai (JAiry, J.Herschel, F.Neumann, G.Kirchhoff) pašalino tuos netikslumus, sugriežtino ir papildė Fresnel'io teoriją. Nepaisant akivaizdžių banginės teorijos laimėjimų, ji ne iš karto nugalėjo korpuskulinę teoriją. Nemažai fizikų manė, kad abi teorijos yra netobulos - kai kuriuos reiškinius geriau aiškina banginė, kitus - korpuskulinė teorija. Airių matematikas William Hamilton (Viljamas Hamiltonas, 1805-1865) išplėtojo matematinę optiką, kuri nesirėmė nei šviesos bangų, nei dalelių įvaizdžiais. Pavyzdžiu jam buvo Lagrange mechanika. Jis įvedė charakteringąją funkciją (Hamilton'o funkcija) ir, remdamasis mažiausiojo veikimo principu, užrašė jai diferencialinę lygtį. Jos sprendinį buvo galima interpretuoti tiek vienos, tiek kitos teorijos požiūriu. Vėliau W.Hamilton šią teoriją pritaikė mechanikai, suteikdamas jai naują bendrą pavidalą, ekvivalentišką Lagrange mechanikai. Būtent Hamilton'o funkcija, vienijanti bangų ir dalelių aprašymą, XX a. buvo panaudota E.Schrodinger'io pagrindinei kvantinės mechanikos lygčiai gauti. Norėdamas išspręsti dviejų šviesos teorijų ginčą, Dominiąue Arago (Dominykas Arago) pasiūlė lemiamą eksperimentą: išmatuoti šviesos greitį dviejose skirtingo tankio aplinkose. Juk, norint gauti šviesos lūžio dėsnį, korpuskulinėje teorijoje daroma prielaida, kad jis yra didesnis tankesnėje aplinkoje, tuo tarpu banginė šviesos teorija teigia priešingai. Šviesos greitį ore 1850 m. pavyko išmatuoti Armandui Fizeau (Armanas Fizo), o po metų jis pats ir nepriklausomai jo konkurentas Jean Foucault (Žanas Fuko) nustatė ir šviesos greitį vandenyje, jis pasirodė esąs lygus 3/4 greičio ore. Tas rezultatas nusvėrė banginės šviesos teorijos naudai - nuo XIX a. vidurio ji tapo visuotinai pripažinta. 9.5. ETERIO PROBLEMA Bangų sklidimas tuštuma, nesant bangas perduodančios aplinkos, daugeliui XIX a. fizikų atrodė neįmanomas dalykas. Tad beveik visi žymūs to amžiaus fizikai stengėsi bandymais aptikti eterį, arba teoriškai paaiškinti jo savybes. D.Mendelejev buvo netgi įtraukęs eterį į periodinę elementų lentelę ir suteikęs jam nulinį numerį bei niutonio pavadinimą. Buvo tikimasi, kad eterio atradimas vainikuos klasikinę fiziką. Deja, kuo toliau, tuo painesnė darėsi ši problema. Jeigu šviesa yra skersinės bangos, sklindančios nepaprastai dideliu greičiu, tai jas perduodantis eteris turėtų būti labai tampri medžiaga, gerokai pranokstanti plieną. O jei nėra stebimos išilginės šviesos bangos, reiškia, eteris yra visai nespūdus šviesos judėjimo kryptimi. Tuo tarpu dangaus kūnai juda eteriu, nepatirdami jokio pasipriešinimo. Kaip suderinti šias priešingas savybes? G.Stokes (Dž.Stoksas) pareiškė hipotezę, kad eteris panašus į dervą - jis priešinasi staigioms deformacijoms tarsi kietasis kūnas, bet deformuojamas iš lėto apteka kūnus kaip derva. Deja, planetų ir kitų dangaus kūnų judėjimą erdvėje vargu ar galima laikyti lėtu. Tas ir panašūs eterio modeliai davė tik tiek naudos, kad paskatino išplėtoti bendrą tamprumo teoriją. Kitas plačiai svarstomas klausimas buvo toks: ar, kūnui judant eteriu, pastarasis išlieka parimęs, ar aplinkiniai jo sluoksniai yra velkami kūno? Dar A.Fresnel, norėdamas paaiškinti, kodėl šviesos lūžio dėsnis nesikeičia, ar šviesa krinta į parimusį, ar į judantį kūną (pavyzdžiui, Saulės šviesa į plokštelę, judančią kartu su Žeme), padarė prielaidą, kad kartu su kūnu juda tik dalis eterio, viršijanti jo kiekį tokio paties tūrio tuščioje erdvėje. Tai 1851 m. ėmėsi tikrinti eksperimentiškai A.Fizeau. Jis išskaidydavo šviesos spindulį į du, kurių vienas sklido vandeniu jo judėjimo kryptimi, o kitas - prieš tėkmę, ir stebėjo jų interferenciją. Fizeau rezultatai atitiko Fresnel'io hipotezę, kad eteris yra iš dalies velkamas kūno. G.Stokes teigė, kad Žemei judant kosmine erdve, eteris prie Žemės paviršiaus juda kartu su planeta, bet tolimesni eterio sluoksniai juda vis mažesniu greičiu.1881 m. amerikiečių eksperimentininkas Albert Michelson (Albertas Maikelsonas) pabandė aptikti Žemės judėjimą eterio atžvilgiu. Jo garsiojo eksperimento idėja buvo tokia (9.4 pav.). Šviesos šaltinio S spindulys krinta į pusiau skaidrią plokštelę D ir yra išskaidomas į 1 ir 2 spindulius. Jie atsispindi nuo veidrodžių A ir B, o 2 spindulys dar nuo plokštelės D ir patenka į vamzdį T, kuriame stebima spindulių interferencija. Nejudančiame prietaise spinduliai turėtų judėti vienodu greičiu, tad to paties ilgio kelią nueitų per vienodą laiką. Tas pats turėtų būti, jei Žemės ir eterio greičiai yra vienodi. Betgi jei Žemė juda eterio atžvilgiu, tai, anot įprastinės greičių sudėties taisyklės, šviesos spindulių greičiai Žemės judėjimo ir jai statmena kryptimis pasidaro skirtingi prietaiso atžvilgiu. Tad iš pradžių nukreipus 1 spindulį Žemės judėjimo kryptimi, o po to pasukus visą prietaisą 90° kampu, stebimas interferencinis vaizdas turėtų pasislinkti. Deja, A.Michelson jokio poslinkio neaptiko, ir tai sutapo su Stokes'o hipoteze. 10.1. BENDRO ENERGIJOS TVERMĖS DĖSNIO ATRADIMAS I.Newton ir netgi XVIII a. fizikai dar nenaudojo energijos ir darbo sąvokų. Energija ilgą laiką nebuvo skiriama nuo jėgos. Net ligi XIX a. vidurio kinetinė energija buvo vadinama „gyvąja jėga", potencinė energija - „negyvąja jėga" ir pan. Prieš griežtai apibrėžiant energiją reikėjo įvesti darbo sąvoką ir nustatyti jo ir energijos ryšį. Energijos tvermės dėsnis ir jo atradėjai. Paaiškėjus mechaninės energijos ir šilumos bendrumui, aptikus šilumos išsiskyrimą tekant elektros srovei, XIX a. ketvirtajame dešimtmetyje fizikoje tarsi tvyrojo bendro tvermės dėsnio idėja. Vis dėlto nesant aiškaus energijos apibrėžimo fizikai (jau pripratę prie griežtumo reikalavimo) nedrįso pirmieji negriežtai formuluoti naujo dėsnio. Tą padarė kitų specialybių atstovai. Pirmasis bendrą energijos tvermės dėsnį paskelbė vokiečių gydytojas Robert Mayer (Robertas Majeris, 1814-1878). Baigęs medicinos mokslus jis išplaukė, kaip laivo gydytojas, į Indoneziją. Tropikuose dalis jūreivių susirgo karštlige, ir R.Mayer, taikydamas tuo metu universalią gydymo priemonę - kraujo nuleidimą - pa­stebėjo, kad esant aukštai aplinkos temperatūrai kraujas yra neįprastai ryškios spalvos. Tai jis susiejo su kraujuje lėčiau vykstančiais oksidacijos procesais, ir jam kilo mintis, kad pastoviai kūno temperatūrai palaikyti orga­nizme turi pasigaminti tiek šilumos, kiek jos atiduo­dama aplinkai. O jei žmogus atlieka darbą, tai jis turi „sudeginti" organizme daugiau medžiagų. Grįžęs į Europą R.Mayer ėmė domėtis fizika ir padarė išvadą, kad kaip chemijoje - „medžiagų moksle", galioja medžiagos tvermės dėsnis, taip fizikoje - „jėgų moksle", turi galioti bendras jėgos tvermės dėsnis. Jį savo pirmame straipsnyje R.Mayer suformulavo taip: „Judėjimas, šiluma, ir, kaip mes ketiname parodyti ateityje, elektra yra reiškiniai, kurie suvedami į tą pačią jėgą ir virsta vienas kitu pagal apibrėžtus dėsnius". Jis suprato jėgą kaip nesunaikinamą, bet įgyjantį įvairius pavidalus, nesvarų „objektą". Straipsnyje buvo nemažai miglotų samprotavimų ir netgi klaidų, tad žurnalo „Annalen der Physik" redaktorius, neįžiūrėjęs vertingos idėjos, atmetė rankraštį, nesiteikdamas net pasiųsti autoriui atsakymo. Po to Mayer parengė antrąjį, aiškesnį ir geriau argumentuotą straipsnį, be to, jame pateikė mechaninio šilumos ekvivalento apskaičiuotą vertę (3,58 kj/kcal) ir apibendrino savo pirmtakų eksperimentinius rezultatus, paneigiančius kaloriko teoriją. Tas straipsnis buvo išspausdintas 1842 m. specialiame chemijos ir farmacijos žurnale, tad fizikai jo nepastebėjo. Jėgos tvermė tapo Mayer'io gyvenimo idėja, deja, mokslininko nesuprato netgi artimieji, kurie įtarė jį esant ligoniu. Palaužtas Mayer naujų darbų neatliko, netgi buvo laikomas mirusiu ir tik po poros dešimtme­čių sulaukė pripažinimo. Daug palankiau buvo sutikti anglo, alaus gamyklos savininko James Prescott Joule (Džeimsas Preskotas Džaulis, 1818-1889) darbai. J.Joule lavinosi namuose ir jokių oficialių mokslų nebuvo baigęs, todėl jam sunkiau sekėsi taikyti matematikos metodus, bet jis savarankiš­kai tapo puikiu eksperimentininku. Joule 1843-1847 m. tiksliais bandymais išmatavo šilumos kiekį, išsiskiriantį sukant elektromagnetą magnetiniame lauke, slegiant dujas, sukant inde su skysčiu menteles (10.4 pav.) ir ki­tais būdais. Jis gana tiksliai nustatė, kiek darbo reikia at­likti, norint sukurti vieną šilumos vienetą - 4,16 kj/kcal (šiuolaikinė vertė - 4,19 kj/kcal). Joule taip reziumavo savo rezultatus: „Galingos gamtos jėgos, atsiradusios Kūrėjo valia, yra nesunaikinamos, ir visais atvejais, kai eikvojama mechaninė jėga, yra gaunamas tiksliai ekvivalentiškas šilumos kiekis". Bendriausiu pavidalu energijos tvermės dėsnį suformulavo vokiečių mokslininkas Hermann Helmholtz (Hermanas Helmholcas, 1821-1894). Jis, kaip ir R.Mayer, turėjo gydytojo išsilavinimą, plėtojo fiziologinę optiką, bet pa­laipsniui jo interesai krypo į fiziką, ir gyvenimo pabaigo­je H.Helmholtz tapo autoritetingiausiu vokiečių fiziku. Jis pasižymėjo ir eksperimentininko, ir teoretiko talentu. H.Helmholtz priėjo energijos tvermės idėją, nagrinė­damas puvimo ir rūgimo procesus, energijos virsmus gyvuosiuose organizmuose. Jis pirmasis suprato būti­numą įvesti fizikoje atskirą energijos sąvoką, nors savo garsiame darbe „Apie jėgos tvermę" (1847 m.) dar vartojo tradicinį šio dydžio pavadinimą. Remdamasis amžinojo variklio negalimumu, H.Helmholtz nustatė kiekybinius sąryšius tarp įvairių energijos rūšių. Greta potencinės, kinetinės energijos ir šilumos jis nagrinėjo elektrinę, magnetinę ir cheminę energijos rūšis, kai kurias iš jų išreiškė formulėmis. Vėliau, kilus ginčui dėl energijos tvermės dėsnio atradimo prioriteto, į jį pretendavo dar apie dešimtį mokslininkų, nepriklausomai, bet mažiau nuosekliai ar vėlesniu laiku kėlusių panašią idėją. Vis dėlto pagrindiniais dėsnio atradėjais paprastai laikomi R.Mayer, pirmasis paskelbęs dar negriežtai suformuluotą dėsnį, J.Joule, įrodęs jį tiksliais bandymais, ir G.Helmholtz, suteikęs dėsniui bendrą matematinę formą. 10.2. TERMODINAMIKOS PAGRINDAI Plėtodami S.Carnot idėjas mechaninės šilumos teorijos požiūriu, XIX a. antroje pusėje R.Clausius, VV.Thomson ir kiti mokslininkai suformulavo termodinamikos - bendro mokslo apie šilumos reiškinius - pagrindus. Pirmasis ėmėsi apibendrinti šilumos mokslą ir gavo esminių rezultatų vokiečių fizikas Rudolf Clausius (Rudolfas Klauzijus, 1822-1888). Tai buvo plačių interesų mokslininkas, jaunystėje domėjęsis ne tik fizika bei matematika, bet ir humanitariniais mokslais, tačiau vėliau atsidėjęs fizikai. Jis dirbo Berlyno, Ciūricho, Viurcburgo universitetuose, kur sprendė įvairių fizikos sričių problemas. Vis dėlto svarbiausieji jo apie 1850 m. pradėti darbai yra iš termodinamikos ir kinetinės dujų teorijos. Kaip I termodinamikos dėsnį - pagrindinį jos principą - R.Clausius formulavo apibendrintą energijos tvermės dėsnį: čia Q - sistemos gautas šilumos kiekis, A - sistemos atliktas darbas, 7 - mechaninis šilumos ekvivalentas, U - Clausius'o įvesta nauja sistemos funkcija, jo pavadinta slaptąja šiluma (vėliau ji buvo pervadinta tiksliau - vidine energija, nes yra lygi sistemą sudarančių dalelių kinetinių ir potencinių energijų sumai). Taigi AU yra vidinės energijos prieaugis. Iš pradžių Clausius šį dėsnį suformulavo dujoms konkretesniu pavidalu, bet po kelerių metų užrašė jį bet kokiai sistemai, gaunančiai šilumos ar jos netenkančiai. 1850 m. R.Clausius, apibendrinęs Carnot principą, paskelbė jį kaip II termodina­mikos dėsnį: „Šiluma negali savaiminiu būdu pereiti iš šaltesnio kūno į šiltesnį". Aiš­kindamas šį principą Clausius rašė, kad šiluma nei laidumo, nei spinduliavimo būdu negali susikaupti šiltesniame kūne sakesniojo sąskaita. Esminė šilumos savybė - ji visada sklinda temperatūros mažėjimo kryptimi, ir priešingas procesas galimas tik eikvojant energiją. Tuo pat metu šilumos fizikos revizijos ėmėsi ir anglų mokslininkas VVilliam Thom­son (Viljamas Tomsonas, 1824-1907). W.Thomson nepriklausomai nuo R.Clausius'o suformulavo II termodinamikos dėsnį, kuriam suteikė tokią išraišką: „Gamtoje negalimas procesas, kurio vienintelis rezultatas būtų mechaninis darbas, atliekamas atšaldant šilumos rezervuarą". Pagal Thomson'o formuluotę, yra negalimas antros rūšies amžinasis variklis, kuris visą iš kaitintuvo gautą šilumą paverstų darbu be kokių nors pokyčių aplinkoje. Clau-sius'o ir Thomson'o formuluotės yra ekvivalentiškos. W.Thomson įvedė absoliutinę temperatūrų skalę (Kelvino skalę), kurios idėją iškėlė dar 1848 m. Šios skalės laipsnį jis susiejo su idealiosios šilumos mašinos atliekamu darbu: „Pagrindinė savybė skalės, kurią aš dabar siūlau, yra ta, kad visi jos laipsniai turi vieną ir tą pačią vertę, t.y. vienetas šilumos, sklindančios iš kūno A su temperatūra T į kūną B su temperatūra T-l0, duos vieną ir tą patį mechaninį efektą, koks bebūtų skaičius T. Tokia skalė iš tikrųjų gali būti pavadinta absoliutine, nes jai būdinga visiška nepriklausomybė nuo kokios nors medžiagos fizinių savybių". Skalės nulį Thomson prilygino Carnot mašinos aušintuvo temperatūrai, kuriai esant mašinos naudingumo koeficientas taptų lygus 1. O bendru atveju, kai kaitintuvo absoliutinė temperatūra yra 7\, o aušintuvo T2, minėtam koeficientui Thomson gavo išraišką: Taigi, jei aušintuvo temperatūra yra aukštesnė, negu absoliutinis nulis, koeficientas visada yra mažesnis už vienetą, t.y. tik dalis iš šildytuvo į aušintuvą perduodamos šilumos virsta darbu. VV.Thomson pirmasis ėmėsi nagrinėti realius negrįžtamus šiluminius procesus. Darbe „Apie gamtai būdingą bendrą tendenciją išsklaidyti mechaninę energiją" (1852 m.) jis rašė, kad tik vykstant idealiems grįžtamiesiems procesams sistema gali atstatyti savo mechaninę energiją, t.y. energiją, galinčią virsti mechaniniu darbu, tuo tarpu kai vykstant negrįžtamiems procesams (pvz., esant trinčiai) naudinga mechaninė energija mažėja, ji išsisklaido, virsta šiluma ir kitomis mažiau vertingomis energijos rūšimis. Šilumai savaime sklindant iš šiltesnių kūnų į šaltesnius, temperatūrų skirtumai išsilygina, sistema degraduoja, nes joje vis mažiau šilumos gali virsti darbu. Tai VV.Thomson pritaikė visai Visatai, teigdamas, kad jos laukia šiluminė mirtis. Ši išvada sukėlė ilgą diskusiją, į kurią įsitraukė ne tik fizikai, bet ir filosofai (rimčiausias oponentų priekaištas buvo tas, kad Visatą kažin ar galima laikyti uždara sistema). 1854 m. VV.Thomson pasiūlė kitą, kiekybinę II termodinamikos dėsnio formuluotę. Jeigu, vykstant sudėtingam grįžtamajam procesui, sistema įgauna (Q>0) ar netenka (Q o) reliatyvumo teorijos formulės pereina į įprastines formules. Specialiąją reliatyvumo teoriją patvirtino elektrono masės priklausomybės nuo greičio bei energijos, išsiskiriančios branduolinių reakcijų metu, matavimai, o vėliau ir daugelis kitų eksperimentų. Tačiau Einstein'o atskleista nauja laiko, erdvės ir kitų pagrindinių fizikos sąvokų samprata, paradoksalios - sveiko proto požiūriu - teorijos išvados sukėlė dideles diskusijas ir įvairius nesėkmingus mėginimus „ištaisyti" ar net paneigti šią teoriją. 15.2. KVANTINĖS MECHANIKOS SUKŪRIMAS Fotoefekto ir ypač Compton'o efekto interpretacija, remiantis šviesos dalelių -fotonų egzistavimu, vėl grąžino korpuskulinę šviesos teoriją į fiziką, tuo tarpu interferencijos ir difrakcijos reiškinius ir toliau aiškino tik jai prieštaraujanti - klasikinės fizikos požiūriu - banginė teorija. Anot VV.L.Bragg'o (V.L.Bergas), fizikai tris dienas per savaitę turėjo tikėti korpuskulinę, o likusias dienas -bangine teorija. Šį paradoksą ėmėsi spręsti jaunas ambicingas fizikas, Prancūzijos karalių palikuonis Lui de Broglie (Luji de Broilis, 1892-1987). Užuot paaiškinęs dualizmą kaip išskirtinę šviesos savybę, de Broglie iškėlė drąsią hipotezę, kad banginės savybės būdingos ir medžiagos dalelėms, tarp jų ir elektronui. 1923 m. de Broglie paskelbė tris straipsnius, kuriuos po metų apibendrino savo daktaro disertacijoje. Jis postulavo, kad su kiekviena dalele yra susijęs kažkoks banginis procesas. Apibendrinęs fotonui galiojantį sąryšį tarp judėjimo kiekio ir energijos bet kokiai mikrodalelei, de Broglie išreiškė dalelės bangos ilgį per jos masę ir greitį. Pritaikius šią formulę stacionarinėms Bohr'o orbitoms paaiškėjo, kad jose išsitenka sveikas bangų skaičius, t.y. stacionarinės yra tos orbitos, kuriose susidaro stovinčiosios bangos. De Broglie nurodė, kad jo hipotezę galima patikrinti, stebint elektronų difrakciją. Tokį eksperimentą 1927 m. atliko amerikiečių fizikai C.Davisson (K.Devisonas) ir L.Germer (L.Džermeris) bei nepriklausomai anglas J.P.Thomson, elektrono atradėjo J.J.Thomson'o sūnus (tėvas gavo Nobel'io premiją aptikęs elektroną kaip dalelę, o sūnus - aptikęs jį kaip bangą). Vėliau O.Stern (O.Šternas) preciziškais bandymais patvirtino ir atomų bei molekulių banginę prigimtį. Dar prieš naujos teorijos suformulavimą buvo padaryti du svarbūs atradimai. 1925 m. pradžioje VVolfgang Pauli (Volfgangas Paulis, 1900-1958) atrado jo vardu vadinamą draudimo principą, teigiantį, kad atome du elektronai ne­gali užimti tos pačios bū­senos, aprašomos vieno­du kvantinių skaičių rin­kiniu. Tai pagrindė elekt­ronų sluoksnių susidary­mą ir užpildymą atome. 1925 m. rudenį S.Goud-smit (S.Gaudsmitas) ir G.Uhlenbeck (Dž.Ulen-bekas), norėdami paaiš­kinti Spektro linijų suskilimą magnetiniame lauke, įvedė naują elektrono charakteristiką-jo savąjį judėjimo kiekio momentą-sukinį (bei su juo susijusį magnetinį momentą). Pirmasis sėkmingas bandymas sukurti nuoseklią kvantinę mechaniką buvo atliktas jauno vokiečių fiziko VVerner'io Heisenberg'o (Verneris Heizenbergas, 1901-1976). Jis atsisakė nagrinėti elektrono judėjimą orbitoje ar jo elgesį, peršokant iš vienos orbitos į kitą, kaip nestebimų reiškinių, ir ėmėsi plėtoti teoriją, kuri aprašytų spektro linijų dažnių ir intensyvumų galimas vertes. Kitu keliu - remiantis de Broglie idėja apie dalelių bangines savybes - kvantinę mechaniką ėmėsi kurti austrų fizikas Ervin Schrodinger (Ervinas Srėdingeris, 1887-1961). Jo darbe, paskelbtame 1926 m. pradžioje, buvo įvesta elektrono banginė funkcija ir jai vandenilio atomo atveju užrašyta diferencialinė lygtis. Spręsdamas tą lygtį, Schrodinger gavo leistinas elektrono energijos vertes, kurios sutapo su Bohr'o rezultatais. E.Schrodinger įrodė, kad tos dvi formos yra ekviva­lentiškos ir papildo viena kitą - žinant bangi­nes funkcijas galima apskaičiuoti fizikinių dydžių operatorių matricinius elementus. Taigi nuo 1926 m. vidurio kvantinė mechanika jau plėtojama kaip vieninga teorija. E.Schrodinger buvo linkęs manyti, kad egzistuoja būtent medžiagos bangos, o dalelės yra tik tų bangų paketai. Tokius paketus iš tikrųjų įmanoma sudaryti, tačiau jie turėtų greitai išsklisti, bėgant laikui. Banginės funkcijos prasmę įžvelgė M.Born: šios funkcijos modulio kvadratas reiškia tikimybės tankį. Jo integralas pagal tam tikrą tūrį lygus tikimybei rasti dalelę šiame tūryje. Taigi Born padarė svarbią išvadą: mikrodalelės judėjimas nėra griežtai determinuotas, bet tikimybinio pobūdžio. Šią idėją 1927 m. apibendrino ir pagrindė W.Heisenberg. Jis suformulavo vieną svarbiausių kvantinės mechanikos principų - neapibrėžtumo principą, kuris teigia, kad fizikiniai dydžiai, kurių operatoriai nekomutuoja tarpusavyje, negali vienu metu turėti griežtai apibrėžtų verčių (jų neapibrėžtumų sandauga yra didesnė už h/2n). Taigi, VV.Heisenberg, būdamas tik 25-27 metų amžiaus, padarė du esminius žingsnius kuriant kvantinę mechaniką - atrado jos matricinę formą ir suformulavo neapibrėžtumo principą (už tai jis, būdamas 32 metų, pelnė Nobel'io premiją). Vėliau VV.Heisenberg taip pat sėkmingai dirbo atomo branduolio fizikoje, išplėtojo branduolio, sudaryto iš protonų ir neutronų, teoriją. Jis įvedė pagrindinį dydį, aprašantį mikrodalelių smūgius - sklaidos arba S matricą. Neapibrėžtumo principą filosofiškai pagrindė 1927 m. N.Bohr, suformuluodamas papildomumo principą. Skirtingai nuo klasikinės fizikos, kur dalelės ir bangos priešybių negalima suderinti viename modelyje, mikrofizikoje dėl neapibrėžtumo principo egzistavimo priešybės ne paneigia, bet papildo viena kitą. 1928 m. P.Dirac parodė, kad apibendrinimas reikalauja esminių pakeitimų - padvigubinti banginės funkcijos dedamųjų skaičių ir perrašyti pačią diferencialinę lygtį. Remdamasis ja, Dirac nuosekliai teoriškai įvedė elektrono sukinį. Sukinys pasirodė esanti viena iš esminių dalelės charakteristikų, lemianti daugelio dalelių sistemos statistines savybes ir lygmenų užpildymą. 1924-1928 m. per gana trumpą laikotarpį kolektyvinėmis pastangomis buvo nustatyti visi svarbiausieji kvantinės mechanikos principai. N.Bohr'o institute vykusių diskusijų metu buvo suformuluota kvantinės mechanikos interpretacija (Kopenhagos interpretacija). Jos pagrindą sudaro tikimybinė banginės funkcijos prasmė, griežto priežastingumo atsisakymas, mikroobjekto būsenos priklausomybė nuo stebėtojo (jo parenkamų eksperimento sąlygų). Mikropasaulio reiškinių tikimybiniam aiškinimui atkakliai priešinosi kai kurie žymūs fizikai, tarp jų ir A.Einstein. Kvantinė mechanika iš esmės papildė požiūrį į mokslo dėsnius ir pažinimo galimybes, tad ji turėjo didelės įtakos bendrai pažinimo teorijai ir XX a. 16.1. BRANDUOLIŲ SANDARA IR BRANDUOLINĖ ENERGIJA 1919 m. E.Rutherford, apšaudydamas a dalelėmis azotą, atrado pirmąją į atomų branduolių sudėtį įeinančią dalelę - protoną. Kartu tai buvo pirmoji dirbtinė reakcija vieną cheminį elementą pavertusi kitu. 1931 m. VV.Pauli, norėdamas paaiškinti radioaktyviųjų branduolių P skilimą, įvedė neutralią, labai skvarbią dalelę - neutriną. Ypač sėkmingi atomo branduolio fizikai buvo 1932 m. - tada J.Chadwick atrado neutroną ir VV.Heisenberg išplėtojo atomų branduolių, sudarytų iš protonų ir neutronų, teoriją. Branduolių stabilumui paaiškinti jis įvedė stipriąją sąveiką, o po metų E.Fermi, kurdamas (3 skilimo teoriją, postulavo dar vienos fundamentinės sąveikos - silpnosios -egzistavimą. Atomo branduolys - sudėtinga daugelio stipriai sąveikaujančių dalelių sistema, tad jo įvairioms savybėms bei įvairiems branduoliams aprašyti buvo pasiūlyta keletas apytikslių modelių - lašo, sluoksnių, kolektyvinis ir kt., kurie ne paneigia, o papildo vienas kitą. Neutrono atradimas suteikė fizikams efektyvią priemonę veikti branduolius, netgi sunkiųjų elementų. 1938 m. O.Hahn ir F.Strassmann, apšaudydami neutronais uraną, gavo elementus iš periodinės lentelės vidurio. L.Meitner ir O.Frisch interpretavo tai kaip naujo tipo - branduolių dalijimosi reakciją. Paaiškėjus, kad šios reakcijos metu išsiskiria daug energijos ir atsiranda nauji laisvieji neutronai, atsivėrė reali branduolinės energijos panaudojimo galimybė. Ji buvo realizuota II pasaulinio karo metais JAV jungtinėmis emigrantų europiečių ir amerikiečių mokslininkų pastangomis: 1942 m. pradėjo veikti pirmasis branduolinis reaktorius - urano katilas, o 1945 m. buvo atliktas bandomasis atominės bombos sprogdinimas. Šeštojo dešimtmečio pradžioje TSRS ir JAV buvo sukurta vandenilinė bomba. Tuo tarpu įgyvendinti valdomą termobranduo­linės sintezės reakciją, nepaisant dėtų didžiulių pastangų, iki XX a. pabaigos nepavyko. XX a. antroje pusėje, naudojantis branduolinių reaktorių skleidžiamais neutronais, o vėliau - sunkiųjų jonų greitintuvais, buvo sintezuota per dvidešimt transuraninių elementų. 1999 m. pavyko gauti 114 elementą, kuris atitinka stabilumo salą, tiesa, atrasto jo izotopo gyvavimo trukmė nėra tokia didelė, kaip buvo tikėtasi, ir sudaro tik keletą minučių. Elementariųjų dalelių fizika ėmė formuotis kaip atskira fizikos sritis po to, kai paaiškėjo, kad gali egzistuoti dalelės, neįeinančios į atomų sudėtį: 1931 m. buvo numatytas neutrinas, 1932 m. C.Anderson kosminiuose spinduliuose užregistravo elektrono antidalelę pozitroną, o 1937 m. jis kartu su bendradarbiu atrado miuoną. Nors dar 1932 m. E.Lavvrence (E.Lourensas) sukonstravo pirmąjį elektringųjų dalelių greitintuvą ciklotroną, tačiau greitintuvai tapo pagrindiniu naujų dalelių gavimo ir tyrimo prietaisu tik maždaug nuo 1955 m., ligi tol paieškos vyko daugiausia kosminiuose spinduliuose. Sparti elementariųjų dalelių fizikos raida prasidėjo po II pasaulinio karo, 1947 m. atradus n mezonus, o netrukus ir nelauktas V daleles (K mezonus). 1951 m. buvo surastas pirmasis hiperonas, o dar po metų - pirma labai trumpai gyvuojanti dalelė -rezonansas. Norint paaiškinti elementariųjų dalelių reakcijas, teko įvesti keletą naujų jų savybių, panašių į elektros krūvį - barioninį ir leptoninį krūvius arba skaičius, taip pat keistumą; reikėjo suformuluoti jų tvermės dėsnius. Antra vertus, paaiškėjo, kad silpnajai sąveikai negalioja lyginumo ir netgi kombinuoto lyginumo tvermės dėsniai. 1954 m. Ch.Yang ir R.Mills suformulavo kalibruotinių laukų teoriją, kuri vėliau tapo fundamentinių sąveikų tarp elementariųjų dalelių teorijos pagrindu. Tiesa, pirmoji kalibruotinio lauko teorija - kvantinė elektrodinamika - buvo išplėtota dar 1948-1949 m. S.Tomonaga'os, R.Feynman'o ir kt. 1956 m. pavyko eksperimentiškai atrasti neutriną (F.Reines, C.Cowan), o 1962 m. -ir antrąjį - miuoninį neutriną. Ypač sparčiai augo hadronų - dalelių, kurias veikia stiprioji sąveika - skaičius. 1964 m. M.Gell-Mann ir G.Zweig iškėlė hipotezę, kad visi hadronai yra sudaryti iš fundamentaliųjų dalelių - kvarkų. Iš pradžių buvo įvesti trys kvarkai, po to palaipsniui jų skaičių teko padidinti ligi šešių, kartu įvedant ir naujas kvarkų bei iš jų sudarytų dalelių savybes. Be to, teko padaryti prielaidą, kad kiekvienas kvarkas gali būti trijų rūšių. 1968 m. S.VVeinberg ir A.Salam išplėtojo bendrą elektromagnetinės ir silpnosios sąveikų teoriją. Anot jos, Visatos Didžiojo sprogimo pradžioje, esant labai aukštai temperatūrai, egzistavo viena elektrosilpnoji sąveika, kuri vėliau išsiskyrė į dvi sąveikas. Ši teorija numatė naujo tipo elementariųjų dalelių reakcijas, kurios buvo atrastos 1973 m., o dar po dešimtmečio buvo aptiktos ir silpnąją sąveiką pernešančios dalelės - W+, W~ ir Z° bozonai. Aštuntojo dešimtmečio pradžioje suformuluota stipriosios sąveikos teorija -kvantinė chromodinamika - įvedė aštuonis gliuonus - daleles, pernešančias sąveiką tarp kvarkų. 1975 m. buvo gautas pirmasis netiesioginis kvarkų, o po poros metų - ir gliuonų egzistavimo įrodymas. 1975 m. buvo atrastas dar vienas - X leptonas. Tad iš viso susidarė trys fundamentaliųjų dalelių - leptonų ir kvarkų - kartos, kiekvienoje iš jų - po dvi abiejų rūšių daleles (1989 m. eksperimentiškai įrodyta, kad daugiau kartų būti negali). Atskirą dalelių grupę sudaro bozonai, pernešantys fundamentines sąveikas. Tą elementariųjų dalelių teoriją, vadinamą standartine, patvirtino šeštojo kvarko atradimas 1994 m., tačiau ji dar toli gražu nėra užbaigta. 1. Tikslieji mokslai vilniaus universitete (1579-1832) 1579-1773 Vilniaus jezuitu akademija, 1773-1803 Lietuvos vyriausioji mokykla. 1803-1832 imperatoriskasis VU. Isteigtas S.Batoro leidimu, buvo du fakai: filosofijos ir matematikos, pirmaisiais metais buvo destoma logika ir retorika, antrais- fizika (gamtos filosofija), 3ciais-metafizika ir etika.Pirmaisiais akademijos veikimo metais palyginti auksto lygio buvo matematika ir astronomija. Osvaldas Krygeris – is pradziu mokes romoj, poto persikele i vilniu, baige akademija ir 1632m pradejo destyt matematika. Minimas kaip nusipelnes matiekos profesorius. Turejo platu mokslini akirati, domejos astronomija ir technika, pasizymejo kaip gabus prietaisu konstruktorius. Parase Lotyniska veikala I kuri ieina mechanikos ir optikos darbai.1636m isleido balistini traktata apie patranku nutaikyma. Drasiai pritare koperniko heliocentrinem idejom. Kazimieras Semenavicius – akademijos aukletinis, zymus LDK karo specialistas. 1647m paskirtas artilerijos inzinieriumi. 1650m isleidzia veikala „Didysis artilerijos menas.Pirmoji dalis“. Veikala sudare 5 dalys, jose aprasoma artilerijos pabuklu veikimo principas ir pirma kart pasaulyje pateikami daugiapakopiu raketu su trikampiais stabilizatoriais projektai ir breziniai. Si knyga apie 150m buvo svarbiausias artilerijos mokslo veikalas europoj. Jonas Rudamina Dusetiskis – 1633m isleistoje disertacijoje nagrineja matematikos, optikos, geometrijos ir sferines astronomijos klausimus. Optikos skyriuje apraso zmogaus aki, trumparegystes priezastis,optiniu lesiu veikima. Prasidejus karams su svedija ir rusija daug studentu ir mokslininku is vilniaus pabego, mokslas nusmuko. XVIIIa vidury vel vyko mokslo pakilimas. 1751m prie univero atidaryta kilminguju kolegija. Tomas Žebrauskas – zemaitis, todel spejama, kad galejo destyti ir lietuviskai. 1750m issiustas I Praha ir viena mokytis architekturos ir matematikos.Is ten 1752m grizo jau kaip izymus matematikas ir pradejo destyt visas matematikos disciplinas. Atskyre matematika ir fizika nuo filosofijos. Nusipelne astronomijoj ir architekturoj. Po 1773m keiciamos unike disciplinos ir programos, taciau destymo lygis nesikeite, nebuvo mokslines aplinkos. Fakultetai-kolegijos. Fizikos kolegijoj desto nebe Lot., o lenku kalba. Po Zecpospolitos padalinimo, Vilnius atiteko rusams, 1803 atidarytas imperatoriskasis VU(3 fakai, fiz fakas turi 6ias katedras). Tadas Kundzicius – nuo 1780m deste matieka ir mechanika. Juozas Mickevicius – 1781-1789 deste eksperimentine fizika, o 1789-1790 tiesiog fizika. Nebuvo aukstos kvalifikacijos, nesireme matematiniais aprasymais. Steponas Stubelevicius – skaite fizika 1804-1814m, kvalifikuotas, rimtas destytojas. Stazavosi austrijoj italijoj, parncuzijoj ir t.t. Nupirko unikui 105 naujus prietaisus, parase „Trumpas fizikos pradmenu rinkinys“. Gerokai pakele fizikos lygi. Feliksas Dževinskis – deste nuo 1820m, stazavosi prancuzijoje ir ten pirko fizikinius prietaisus. Auksto lygio destytojas. 1823 parase „Eksperimentines fizikos kursas“, kur apzvelge mechanika, optika, termodinamika ir elektra, isdeste daug nauju pasaulio mokslininku ideju. 1832m unika uzdaro. 2. Fizika stepono batoro universitete (1919-1939) 1918,12,05 Lietuvos auksciausioji taryba nutare atkurti VU. 1919m atejo I valdzia komunistai ir V.M. Kapsukas paskelbe dekreta del univero atidarymo. Tada 1919,04,21 lenka uzeme vilniu ir jo krasta ir 1919.07.28 vel atidare unika ir pavadino Stepono Batoro Universitetu. Isteigiamas gamtos fakas ir kariunu mokykla. Is krokuvos ir varsuvos atvare daug geru profesoriu. Prof J. Petkovskis buvo issiustas i Viena pripirkt nauju prietaisu. Pradejo veikti teorines fiziko katedra i kuria is krokuvos atvyko dr. Jonas Veisenhofas ( 1889-1972) – auksto lygio teoretikas, nagrinejo Brauno judejimo rysi su Stokso desniu,domejosi reliatyvumo teorija, visatos geometrija. Dirbo iki 1935m. Jonas Bliatonas – atvyko is Lvovo, nagrinejo kai kuriuos kvantines mechanikos klausimus, taippat multipolinio spinduliavimo teorija. Vilniuj dirbo neilgai ir isvyko i varsuva. H. Nevodničianskis – igijo daktaro laipsni vilniuje, nagrinejo magnetini dipolini spinduliavima ir uz siuos darbus gavo Rokfelerio stipendija. Tada isvyko i Londona ir dirbo pas Rezerforda. Planavo ir Vilniuje uzsiimineti branduolines fizikos darbais. Aleksandras Jablonskis – atvyko is varsuvos 1938m, buvo pasaulinio garso fizikas. Uzsiiminejo spektro liniju plocio kvantmechaniniais skaiciavimais, nagrinejo spektriniu liniju smugini isplitima. Sukure pasaulyje naudojamas Jablonskio diagramas. Henrikas Horodničius - Baigė Stepono Batoro universitetą 1933 m., apgynė gamtos filosofijos mokslų daktaro disertaciją 1943 m., fizikos ir matematikos mokslų kandidato di-sertaciją 1946 m. Nuo 1929 m. dirbo Stepono Batoro, nuo 1940 m. Vilniaus universitete, Bendrosios fizikos katedros vedėjas 1945-1960 m., docentas nuo 1944 m., profe-sorius nuo 1945 m., 1945-1958 m. Fizikos ir matematikos fakulteto dekanas, o 1950-1952 m. dar ir Chemijos fakulteto dekanas. Nuo pat katedros įkūrimo dirbo joje. Pa-skelbė darbų apie krizinius jodo molekulės potencialus, spektro linijų slėgiminius reiškinius povandeninėje kibirkštyje. Fizikos vadovėlių, mokslo istorijos veikalų, fizikos terminų žodynų bendraautoris. Parengė “Branduolinės fizikos” paskaitų konspektą 1997 m.isleistas jo vadovėlis „Branduolio fizika“. 3. Fizika Vytauto Didziojo universitete (1920-1940) 1920-1922 Veike aukstieji kursai,1922-1930 Lietuvos universitetas, nuo 1930 – VDU. Universiteta kaune buvo sunku kurti nes nebuvo geru destytoju ir nebuvo kitu univeru iskur juos galejo atkelt i kauna. Zigmas Žemaitis – organizavo Fizikos-matematikos skyriu, deste matematika. Vincas Čepinskis – baigė Peterburgo unika, studijavo fizika ir chemija. Buvo Mendelejevo asistentas. Toliau mokėsi Sveicarijoje pas Lorenca ir Veberi. 1918m grizo i Lietuva ir nuo 1920m skaite eksperimentines fizikos ir fizikines chemijos paskaitas kaune. Padejo pamata tolesnei fizikos veiklos pletrai Lietuvoje. 1924-1926 parase cikla labai auksto lygio fizikos vadoveliu (knygu?). Povilas Brazdžiūnas - 1920 m. Kaune pradėjo veikti Aukštieji kursai. P. Brazdžiūnas iš karto įstojo į šių kursų Matematikos ir fizikos skyrių. 1922 m., įkūrus Lietuvos universitetą, pradėjo studijuoti Matematikos ir gamtos fakultete. 1925 m. pabaigoje, apgynęs diplominį darbą, baigė universitetą. 1926 m., gavęs Švietimo ministerijos stipendiją, išvyko stažuotis į Ciuricho universitetą, tobulinosi elektrooptikos srityje. 1928 m. grįžęs iš Ciuricho, P. Brazdžiūnas vėl pradėjo dirbti Lietuvos universiteto Matematikos ir gamtos fakulteto Ekspermentinės fizikos katedroje. P. Brazdžiūnas eksperimentinės fizikos ir daugelio fizikos sričių – puslaidininkių fizikos, radioaktyviųjų tyrimų, radiofizikos, kvantinės elektronikos – Lietuvoje pradininkas, daugelio mokslinių straipsnių ir knygų autorius. Antanas Žvironas – studijavo Tomsko technologiju institute, 1924m istoju I lietuvos univero matiekos-fizikos skyriu, nuo 1926m pradejo darbuotis univere. Gilino zinias Ciuriche, Vienoje klausesi Jungo ir Sredingerio paskaitu. 1940m persikele i VU. Rupinosi fizikos populiarinimu ir terminija.

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!