Fizyka na przełomie XIXI i XX wieku

Fizyka na przełomie XIXI i XX
wieku
Co wiedziano przed stu laty?
Plan całego kursu
Tło historyczne powstania szczególnej
teorii względności (STW)
I.
1.
2.
3.
II.
III.
IV.
Fizyka na przełomie wieków (XIX i XX)
Prace poprzedzające sformułowanie STW
Prace Einsteina z 1905 roku i późniejsze ich
rozwinięcia
Wczesna faza recepcji STW w Polsce
Tło historyczne powstania ogólnej teorii
względności (OTW)
Wzrost zainteresowania teorią względności w
Polsce (1920-1939)
Bibliografia do części I
1.
A.K. Wróblewski „Historia fizyki”, WN PWN 2007;
2.
A.K. Wróblewski, „Einstein i fizyka 100 lat temu”,
Postępy Fizyki, 57 (2006), s. 148-156;
3.
A.K. Wróblewski, „Fizyka około roku 1900”,
<www.fuw.edu.pl/~akw/Fizyka_okolo_roku_1900_druk.pdf>;
4.
Ł.A. Turski, „Annus mirabilis 1905: wtedy i dziś”,
Postępy Fizyki, 56 (2005), s. 269-275;
5.
A. Krasiński, „Jak powstawała teoria względności?”, Postępy
Fizyki, 54 (2003), s. 95-106;
6.
S.L. Bażański, „Powstawanie i wczesny odbiór szczególnej
teorii względności”, Postępy Fizyki, 56 (2005), s. 253-261;
262-268;
Jak widziano fizykę przed stu laty?
„Le monde est aujourd’hui
sans mystère”
Marcelin Berthelot (1885)
Triumfy fizyki XIX w.
James Clerk Maxwell
(1831-1879)
prace w latach 1854-1873,
1861-1865 sformułowanie teorii
elektromagnetyzmu
(unifikacja elektryczności i magnetyzmu)
• Teoria przepowiadała istnienie fal elektromagnetycznych.
• Maxwell wnioskował, ze względu na podobieństwo prędkości, że
światło musi być falą elektromagnetyczną.
• Maxwell bazował na analogiach mechanicznych, ale jego prace
przyczyniły się do przełamania mechanicyzmu.
Równania Maxwella
prawo Faradaya
Zmienne w czasie pole magnetyczne
wytwarza pole elektryczne
prawo Ampère'a
rozszerzone
przez Maxwella
Przepływający prąd oraz zmienne pole
elektryczne wytwarzają wirowe pole
magnetyczne
prawo Gaussa dla
elektryczności
Źródłem pola elektrycznego są ładunki
prawo Gaussa dla
magnetyzmu
Pole magnetyczne jest bezźródłowe, linie
pola magnetycznego są zamknięte
gdzie:
D – indukcja elektryczna, [ C / m²]
B – indukcja magnetyczna, [ T ]
E – natężenie pola elektrycznego, [ V / m ]
H – natężenie pola magnetycznego, [ A / m ]
j – gęstość prądu, [A/m²]
ρ – gęstość ładunku, [ C / m³]
– operator dywergencji, [1/m],
– operator rotacji, [1/m].
And God said…
…and there was light.
Einstein o Maxwellu
Abraham Pais, biograf Einsteina:
Według Einsteina, Maxwell był prawdziwym rewolucjonistą.
Czysto mechaniczny obraz świata został zniszczony "przez
wielką rewolucję, którą już zawsze będziemy wiązać z
nazwiskami Faradaya, Maxwella i Hertza. Lwi udział w
tej rewolucji należy przypisać Maxwellowi. [...] Od jego
czasów uważamy, że rzeczywistość fizyczną opisują
ciągłe pola. [...] Ta zamiana koncepcji rzeczywistości to
najgłębsza i najbardziej owocna przemiana w fizyce od
czasów Newtona".
Heinrich Rudolf Hertz
(1857-1894)
odkrycie fal elektromagnetycznych (1886)
ogłoszenie wyników:
Zjazd Przyrodników i Lekarzy Niemieckich
w Heidelbergu (20 września 1889)
referat: „O związku między światłem i elektrycznością”
Zaskakujące odkrycia i pomysły
1871 — korpuskularna natura promieni
katodowych (problem budowy materii)
1895 — odkrycie promieni X (Wilhelm Röntgen)
1896 — odkrycie naturalnej promieniotwórczości
(Henri Becquerel)
1900 — Planck postuluje hipotezę nieciągłości
energii — zapoczątkował teorię kwantów
Jak wyglądała fizyka w 1900 roku?
Dane wg A.K. Wróblewski, Historia fizyki
• Liczba fizyków na całym świecie: ok. 1100
• Liczba wybitnych fizyków ok. 190
Liczba fizyków wg kraju
pochodzenia
Źródło: A.K. Wróblewski, „Fizyka około roku 1900”, s. 70
Znani fizycy w 1900 roku
•
Niemcy: Max Abraham, Paul Drude, Wilhelm Hallwachs, Johann Wilhelm Hittorf,
Friedrich Kohlrausch, Philip Lenard, Otto Lummer, Walther Nernst, Max Planck, Ernst
Prinsgheim, Carl Pulfrich, Wilhelm Conrad Röntgen, Heinrich Rubens, Emil Warburg,
Wilhelm Wien
•
Wielka Brytania: William Crookes, James Dewar, Joseph Larmor, Oliver Lodge, John
Poynting, George Stokes, William Strutt (Lord Rayleigh), John Joseph Thomson,
William Thomson (Lord Kelvin)
•
Francja: Emil Amagat, Henri Becquerel, Marcel Brillouin, Marie Alfred Cornu, Pierre
Curie, Maria Skłodowska-Curie, Gabriel Lippmann, Eleuthere Mascart, Jean Perrin,
Henri Poincaré
•
Stany Zjednoczone: Josiah Gibbs, Samuel Langley, Albert Michelson, Henry
Rowland, Robert Wood
•
Holandia: Heike Kamerlingh-Onnes, Hendrik Lorentz, Johannes van der Waals,
Pieter Zeeman
•
Austro-Węgry: Ludwig Boltzmann, Roland Eötvös, Ernst Lecher, Karol Olszewski
•
Rosja: Boris Golicyn, Piotr Lebiediew, Nikołaj Umow
•
Szwecja: Johannes Rydberg
Źródło: A.K. Wróblewski, Historia fizyki, s. 425
Wybrane problemy fizyki XIX wieku
• Teoria Maxwella nie jest niezmiennicza ze względu na
zmianę zmiennych (przy zmianie układów odniesienia)
→ wyróżnia układ odniesienia
• Czy fizykę można zredukować do teorii Maxwella? Skąd
bierze się masa? (elektromagnetyczna teoria materii)
• W czym rozchodzą się fale elektromagnetyczne?
>>> PROBLEM ETERU <<<