היסטוריה של הפיזיקה
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
 |
יש לשכתב ערך זה הסיבה לכך: כי הערך דל במידע ובפרטים באופן יחסי למשמעותו ודורש עימוד ועיצוב מחודש. אתם מוזמנים לסייע ולתקן את הבעיות בדף זה, אך אנא אל תורידו את ההודעה כל עוד לא תוקן הדף. אם אתם סבורים כי אין בדף בעיה, ניתן לציין זאת בדף השיחה שלו. |
תוכן עניינים |
מאז ימי קדם, ניסו בני האדם להבין את התנהגות היקום, והעלו שאלות רבות אודותיו:
- מדוע עצמים שאינם נתמכים נופלים לארץ?
- מדוע יש לחומרים שונים תכונות שונות?
- מהי צורת כדור הארץ?
- כיצד מתנהגים עצמים שמימיים כמו השמש, הירח והכוכבים, ומדוע?
[עריכה] מן העת העתיקה ועד המאה ה-17
במשך השנים, נסיונות לענות על שאלות אלו ואחרות העלו תאוריות שונות, אך מרביתן היו שגויות. התאוריות האלו היו לרוב משוקעות במונחים פילוסופיים, והן מעולם לא הועמדו במבחן של ניסוי שיטתי. כמובן שהיו גם יוצאים מן הכלל: לדוגמה, ההוגה היווני ארכימדס הציע תיאורים רבים של המכניקה ושל ההידרוסטטיקה. תיאורים אלה נכונים למדי, ונעשה בהם שימוש עד ימינו אלה.
הראשון שעשה שימוש בניסוי כדי לאשש תאוריה פיזיקלית היה גלילאו גליליי, בסוף המאה ה-16. שיטתו של גלילאו גליליי הפכה אבן יסוד בשיטה המדעית. גלילאו ניסח מספר תוצאות בדינמיקה, ובפרט את חוק האינרציה, ואימת אותן בהצלחה באמצעות ניסוי.
בשנת 1687, פירסם אייזק ניוטון את ספרו המפורסם היסודות המתמטיים של פילוסופית הטבע. הספר מפרט שתי תאוריות פיזיקליות מקיפות ומצליחות: חוקי התנועה של ניוטון, מהם נגזרת המכניקה הקלאסית; וחוק הכבידה של ניוטון המתאר את החוק היסודי של הכבידה. שתי התאוריות נתמכו היטב על ידי הניסויים. את תורת המכניקה הקלאסית הרחיבו והשלימו מאוחר יותר ניסוחיהם, עקרונותיהם ותוצאותיהם של לגראנז', המילטון ואחרים. חוק הכבידה היה הבסיס לתחום האסטרופיזיקה, אשר מתאר תופעות אסטרונומיות בעזרת תאוריות פיזיקליות.
[עריכה] המאה ה-19 ותחילת המאה ה-20
החל מן המאה ה-18, פותחה התרמודינמיקה על ידי רוברט בויל, תומס יאנג ואחרים. בשנת 1733, דניאל ברנולי השתמש בטיעונים סטטיסטיים עם מכניקה קלאסית כדי להשיג תוצאות תרמודינמיות, והניח את היסוד למכניקה הסטטיסטית. בשנת 1798, הדגים בנג'מין תומפסון המרת עבודה מכנית לחום, ובשנת 1847 ניסח ג'יימס ג'ול (ג'אול) את חוק שימור האנרגיה, בצורת חום ובצורת אנרגיה מכנית.
התנהגות החשמל והמגנטיות נחקרה על ידי מייקל פאראדיי, גאורג אוהם ואחרים. בשנת 1855 איחד ג'יימס קלרק מקסוול את שתי התופעות לתורה יחידה של אלקטרומגנטיות, המתוארת על ידי משוואות מקסוול. אחד הניבויים של תורה זו היה שהאור הוא למעשה גל אלקטרומגנטי.
בשנת 1895 גילה וילהלם קונרד רנטגן את קרני ה־X, שהתגלו כקרינה אלקטרומגנטית בתדר גבוה. הרדיואקטיביות התגלתה על ידי אנרי בקרל, ונחקרה עוד על ידי פייר ומארי קירי, ואחרים. מחקר זה הניח את הבסיס לשדה הפיזיקה הגרעינית.
בשנת 1897 גילה ג' ג' תומסון את האלקטרון, החלקיק היסודי הנושא זרם חשמלי במעגלים. ב־1904 הוא הציע את הדגם הראשון של האטום. באופן עקרוני, קיומו של אטום הוצע עוד קודם לכן, בשנת 1808, על ידי דלטון.
בשנת 1905 ניסח אלברט איינשטיין את תורת היחסות הפרטית, המאחדת את הזמן והמרחב לישות אחת, המרחב-זמן. הוא ניסח תורה זו מתוך התבוננות במשוואות מקסוול, ובתוצאות ניסוי מייכלסון-מורלי. היחסות דורשת טרנספורמציה שונה בין מערכות ייחוס מאשר המכניקה הקלאסית; דבר זה הצריך את פיתוח המכניקה היחסותית כתחליף למכניקה הקלאסית. בתחום המהירויות הנמוכות שתי התאוריות תואמות, אך במהירויות גבוהות מאוד, הן שונות.
בשנת 1911, הסיק ארנסט רתרפורד מניסויי פיזור את קיומו של גרעין אטומי, עם רכיבים בעלי מטען חשמלי חיובי, שכונו פרוטונים. הנייטרונים, הרכיבים הנייטרליים בגרעין, נתגלו רק בשנת 1932 על ידי ג'יימס צ'אדוויק.
בשנת 1915 הרחיב איינשטיין את היחסות הפרטית כדי להסביר את הכבידה עם תורת היחסות הכללית, המחליפה את חוק הכבידה של ניוטון. שוב - בתחום של מאסות ואנרגיות נמוכות, שתי התאוריות תואמות, אך לא כך באנרגיות גבוהות יותר.
החל משנת 1900, מקס פלאנק, אלברט איינשטיין, נילס בוהר ואחרים פיתחו תורות קוונטיות בכדי להסביר תוצאות ניסויים לא רגילות על ידי הצגת רמות אנרגיה בדידות. בשנת 1925 ניסחו ורנר הייזנברג, ולאחר מכן ב־1926 ארווין שרדינגר ופול דיראק, את מכניקת הקוונטים, שהסבירה את התאוריות הקוונטיות שקדמו לה. במכניקה קוונטית, תוצאות מדידות פיזיקליות הן הסתברותיות לחלוטין. התורה מסבירה את חישוב ההסתברויות האלו. היא מסבירה בהצלחה את התנהגות החומר בקנה מידה קטן מאוד.
מכניקה קוונטית מספקת גם את הכלים התיאורטיים עבור פיזיקת מצב מעובה, החוקרת את ההתנהגות הפיזיקלית של מוצקים ונוזלים, כולל תופעות כגון מבנים גבישיים, מוליכות למחצה ומוליכות על. בין חלוצי פיזיקה המצב המעובה היה פליקס בלוך, שיצר תיאור של התנהגות האלקטרונים במבנים גבישיים על פי המכניקה הקוואנטית בשנת 1928.
[עריכה] החל מאמצע המאה ה-20 ועד היום
במהלך מלחמת העולם השנייה, נחקר תחום הפיזיקה הגרעינית, על מנת ליצור נשק גרעיני. המאמץ הגרמני, שהונהג בידי ורנר הייזנברג, לא צלח, אך פרויקט מנהטן של בעלות הברית השיג אל מטרתו. הצוות מארצות הברית, בראשות אנריקו פרמי, השיג את תגובת השרשרת הגרעינית מעשה ידי אדם הראשונה בעולם בשנת 1942, ובשנת 1945 נוסה הנשק הגרעיני לראשונה באתר טריניטי, סמוך לאלאמוגורדו, ניו מקסיקו.
תורת השדות הקוונטית נוסחה על מנת להרחיב את המכניקה הקוונטית כך שתהיה עקבית עם היחסות הפרטית. היא השיגה את מטרתה בשלהי שנות ה־40, עם עבודתם של ריצ'רד פיינמן, ג'וליאן שווינגר, טומונגה ופרימן דייסון. הם ניסחו את תורת האלקטרודינמיקה הקוונטית, המתארת את היחסים האלקטרודינמיים.
תורת השדות הקוואנטית מספקת את המסגרת לפיזיקת החלקיקים המודרנית, החוקרת את הכוחות היסודיים ואת החלקיקים האלמנטריים. בשנת 1954 פיתחו ינג צ'ן נינג ורוברט מילס אוסף של תאוריות כוח שסיפקו את המסגרת עבור המודל הסטנדרטי. המודל הסטנדרטי, שהושלם בשנות ה־70, מתאר בהצלחה את כמעט כל החלקיקים האלמנטריים שנצפו עד כה, וגם את החלקיקים הכבדים והמרוכבים יותר שנתגלו מאז.
[עריכה] ראו גם
[עריכה] לקריאה נוספת
- אלברט איינשטיין וליאופולד אינפלד, התפתחות הפיזיקה החדשה - ממושגים ראשונים ועד יחסיות וקואנטים, ספרית פועלים, 1976.
[עריכה] קישורים חיצוניים
- יואב בן-דב, מבוא לפיזיקה: היסטוריה, תאוריות ומושגים
- סיכומי שיעור, תואר ראשון. המחברות של עדיאל
