Становлення фізики : класичний, некласичний та постнекласичний етапи.
- Вступ
Темою моєї курсової роботи є «Становлення фізики: специфіка класичного, некласичного і постнекласичного етапів розвитку».
Актуальність роботи: Історія фізики зберігає немало подій та фактів, які мали великий вплив на формування наших уявлень про навколишній світ, становлення та розвиток всієї сучасної науки. Розміщені в строгій часовій послідовності, ці факти дають можливість прослідкувати еволюцію основних фізичних подій і теорій, їх взаємозв’язок, тенденції розвитку. « Без хронології нема історії, як без історії нема істинної науки»,- писав відомий радянський вчений і популяризатор науки академік Ферсман, підкреслюючи цим важливість научної хроніки. Захоплююча та многогранна, насичена яскравими подіями складна біографія фізики. Століттями еволюціонували фізичні знання: від перших інтуїтивних і наївних ідей про дискретну природу матерії ( атом речовини ) до сучасних уявлень про елементарні та субелементарні частинки. І перед тим як стати наукою переднього краю, фізика пройшла довгий та складний шлях розвитку.
Народившись як наука про природу ( в переводі з грецького фізика означає природа) і являлась синонімом натурфілософії, фізика по мірі нагромадження емпіричного матеріалу, теоретичного осмислення, в процесі диференціації наукових знань і виділення із них окремих наук перетворилась в наукову дисципліну про властивості та побудову матерії і формах її руху, як таку , що вивчає найбільш загальні, фундаментальні закономірності явищ в природі.
Метою даної курсової роботи є розкрити поетапно процес становлення фізики від епохи античності до сучасності.
Завдання, які ставимо:
1. Розкрити і проаналізувати кожен етап становлення фізики як науки;
2. Виявити особливості кожного етапу та порівняти з попереднім;
3. Дослідити основні відкриття ;
4. Скласти обгрунтовані висновки;
Предмет дослідження: історія фізики.
Гіпотеза роботи полягає в тому, що вона розкриває зміст історичних особливостей становлення фізики на всіх етапах її формування.
В історії фізики можна виділити ряд періодів та етапів, пов’язаних з переломними, кульмінаційними моментами в її розвитку, визвані революційними, фундаментальними відкриттями. Це передісторія фізики, період формування фізики як науки, період класичної та сучасної фізики. Останні два періоди поділяються на етапи.
Сучасна фізика представляє собою складну структуру, де всі підрозділи тісно пов’язані між собою завдяки глибокій внутрішній взаємодії, існуючій між об’єктами матеріального світу і процесами, в яких вони беруть участь.
Фізика являлась і являється передуючою наукою природознавства і в той же час вона створила фундамент для всіх його областей. Фізичні методи досліджень набули вирішую чого значення у всіх природніх науках. На стику їх з фізикою виникло багато суміжних дисциплін: астрофізика, біофізика, хімічна фізика, фізична хімія, математична фізика та інші. Фізика широко використовує апарат математики - свого роду адекватну мову, на якій записуються фізичні закони, які представляють собою фундаментальні закони між вимірюваними фізичними величинами.
Фізика – теоретична основа техніки; результати , отримані з фізики, завжди давали на неї стимулюючу дію, призводили до технічних революцій та переворотів, з’являлись нові технології, нові відкриття техніки.В свою чергу, розвиток техніки сприяв створенню нових методів фізичних досліджень, які впливали на прогрес як фізики , так і інших дисциплін.
Особливо зростав взаємозв’
Фізика була завжди була тісно пов’язана з філософією, давала сильну взаємодію на неї, знаходячись в свою чергу під її впливом. Досягнення фізики повністю підтвержуюють діалектичний матеріал і штовхає на його розвиток. Світоглядний зміст фундаментальних фізичних теорій завжди було і є предметом гострої ідейної боротьби матеріалізму з ідеалізмом. Фізика грає важливу методологічну роль в сучасній науці та теорії пізнання.
Фізика як цілісний наука виникає
в Новий час внаслідок
1. Класична фізика (XVII-XIX ст.),
2. Некласична фізика (перша половина XX ст.).
3. Постнекласична фізика (друга половина XX - початок XXI ст.).
Кожна з названих стадій
має свою сукупність теоретико-
II. Хронологія. Передісторія фізики
Епоха античності - епоха стародавньої грецько-римської культури, коли високого рівня розвитку досягли філософія, література, образотворче мистецтво, архітектура. Характерними рисами давньогрецької природознавства були систематичне накопичення фактів і спроби їх пояснення, слабкий емпіричний фундамент і велика кількість загальних гіпотез і теорій, в яких, правда, давньогрецька природничонаукова думка передбачила, а деколи і передбачила чимало пізніших наукових відкриттів.У цю епоху зародилися початкові ідеї про атом, дискретному будову матерії (Демокріт, Епікур, Лукрецій, V-IV ст. До н. Е..), Була побудована перша модель світобудови - геоцентрична система світу (Евдокс Кнідський, Арістотель, Гиппарх, Птолемей, IV в. до н. е.. - II ст. н.е.), виникла ідея геліоцентризму (Аристарх Самоський, III ст. до н. е..), створені основи геометрії, відкриті закони прямолінійного поширення світла і віддзеркалення світла, покладено початок геометричній оптиці (Евклід, III в. до н. е..). Відкриті найпростіші електричні та магнітні явища (Фалес, VI в. До н.е.), виявлено заломлення світла, встановлено ряд закономірностей статики (правило важеля, центр ваги) і гідростатики (закон Архімеда, умови плавання тіл). Чільне місце в історії давньогрецької науки займав Аристотель. Він зібрав і систематизував величезний природничий матеріал своїх попередників, критично його оточив, виходячи зі своїх філософських поглядів, підвів як би підсумок набутих знань, сам здійснив ряд глибоких досліджень. Зокрема, з його ім'ям пов'язано зародження елементів механіки, поняття руху як загальної зміни в механічному русі (переміщення в просторі, правило) складання переміщень, перпендикулярних одне до іншого та ін. Фізика Аристотеля, хоча і містила окремі правильні положення, але в той її час ігнорувала багато прогресивних ідей, такі, як ідеї атомізму і геліоцентризму. Визнаючи значення досвіду, Арістотель, проте, не вважав його основним критерієм достовірності знання і віддавав перевагу умоглядним уявленням. Канонізовані церквою в середні століття вчення Арістотеля надовго загальмувало розвиток науки.
Середні віки характеризуються пануванням схоластики і теології в Західній Європі і спорадичними відкриттями у арабських народів. Середньовічні церковники вихолостили вчення Арістотеля, зробили з нього, за словами В. І. Леніна, «мертву схоластику, викинувши всі пошуки, коливання, прийоми постановки питань». Не сприяло прогресу природничонаукових знань і розвиток техніки, яке відбувалося дуже повільно. Однак процес накопичення нових фактів (особливо з XIII в.) все ж відбувався.
Відомим фізиком середньовіччя був Альхазен (965 - 1039). Він побудував теорію зору, провів ряд дослідів з камерою-обскура, досліджував заломлення світла, розглянув різні види дзеркал, висловив думку про кінцівки швидкості світла.
Своєрідним курсом середньовічної фізики була «Книга про ваги мудрості» (1121 р.) Ал Хазіні, в якій містяться таблиці питомих ваг багатьох твердих і рідких тіл, описані досліди по «зважуванню» повітря, спостереження за явищам капілярності, відмочування, що питома вага залежить від температури, вага тіла пропорційна кількості речовини в тілі, швидкість вимірюється відношенням пройденого шляху до часу та ін..
У 1269 з'явиться рукописний трактат П. Перегрина «Про магніти», де описані методи визначення полярності магніту, взаємодія полюсів, намагнічування дотиком, поява магнітної індукції, деякі технічні застосування магнітів. У трактаті з оптики Е. Вителлия (1271) міститься поряд з викладом того, що зробили Евклід, Птолемей і Альхазен, формулювання закону оборотності світлових променів при ламанні, доводиться, що параболічні дзеркала мають один фокус, досліджується веселка. У цей же період протікала діяльність відомого англійського філософа і природодослідника Р. Бекона (1214-1292), що критикував схоластів і бачив основу пізнання в досвіді. Бекон виміряв фокусну відстань сферичного дзеркала, відкрив сферичну аберацію, висунув ідею зорової труби, був передвісником експериментального методу.
У подальшому XIV в. введені поняття прискорення та кутової швидкості, вироблено розподіл механічного руху на поступальний і обертальний, рівномірний і змінений, введено уявлення про рівномірно-змінний рух і установлено його закон, що зв'язує шлях, пройдений тілом, і час.
Епоха Відродження - період соціально-економічних зрушень в європейському суспільстві та зародження нових виробничих відносин. Це час великого перевороту і розвиту науки і культури. Саме в цей період після тисячилітнього застою і безпліддя відродилася наука в боротьбі проти поглядів Аристотеля. Були відроджені духовні цінності пі особистості і закладено чимало прогресивних традицій. Н. Кузанський (1401 -1464) розвинув думку, що рух являється основою всього сущого, і висловив ідею відносного русі. Ще в більшій мірі розійшовся зі схоластикою Леонардо да Вінчі - видатний натураліст, винахідник і геніальний художник. Він досліджував вільне падіння, рух тіла, кинутого горизонтально, зіткнення тіл, природу інерції, віддзеркалення звуку, закони тертя, бінокулярний зір, відкрив існування опору середовища і підйомні сили, явище капілярності і багато іншого. Але справжній переворот як в нашому розумінні будови Всесвіту, як і в системі наукового світогляду здійснив видатний польський астроном Н. Коперник, відкинувши загальноприйняту тоді геоцентричну систему світу Птолемея ,який створив геліоцентричну систему світобудови, яка стала початком глибокої революції в природознавстві. Виникнувши в астрономії, вона поширилася на фізику. Це була не просто заміна однієї схеми будови планетної системи іншою. Необхідно було зламати усталені істини, що вважалися очевидними. До них в першу чергу ставився постулат про нерухливість Землі, про те, що складний характер планетних рухів є чимось даним «зверху» і не підлягає поясненню. Необхідно було відмовитися від ідеї про центральні положення людини в природі. Нарешті, необхідно було виступити проти багатовікового авторитету Арістотеля і Птолемея і церкви, яка канонізувала стару систему світу і зробила її складовою частиною свого світогляду та ідеології. Це був науковий подвиг, який зруйнував основи середньовічної релігії та уявлення про винятковість Землі у Всесвіті, який привів до революції в природознавстві. Свою систему світу Коперник виклав у трактаті «Про перевтілення небесних сфер» (1543). Оцінюючи його значення, Ф. Енгельс писав: «Революційним актом, яким дослідження природи заявило про свою незалежність ..., було видання безсмертного творіння, в якому Коперник кинув ... виклик церковному авторитету в питаннях природи. Звідси починає своє літочислення звільнення природознавства від теології ... ». Католицька церква заборонила в 1616 році твір Коперника, однак нові ідеї стилі невтомно пробивати собі шлях, відкриття Коперника дало природознавству поштовх для руху по новому шляху. В цьому ж XVI в. з'являються переклади трактатів давньогрецьких вчених Архімеда, Евкліда, Герона і інших, виконується ряд досліджень італійськими вченими в галузі механіки (II. Тарталья, Дж. Кардано, Г. Убальдо дель Монте, Дж. Бенедетті) і оптики (Ф. Мавролік , Дж, Порта).У 1584 був опублікований діалог «Про нескінченність Всесвіту» видатного італійського мислителя і активного прихильника коперникового вчення Дж. Бруно (1548-1600), в якому містилася ідея про нескінченність Всесвіту, про існування в ній, крім сонячної, інших планетних систем, передвіщені нові планети в нашій сонячній системі, обертання Сонця і зірок навколо ОСП, висунута ідея про єдність законів природи.У роботах голландського вченого С. Стевина (1548-1620) отримала своє завершення статика стародавніх. Він сформулював теорему про трикутник сил, відкрив закони додавання сил і розкладання сили на дві взаємно перпендикулярні складові, дав оригінальне доказ умови рівноваги тіла на похилій площині, засноване на неможливості вічного двигуна. В кінці XVI в. було відкрито властивість ізохорності коливань маятника (Г. Галілей), побудовані термоскоп - перший термометр (Галілей), зорова труба і мікроскоп (Захарій Ян-сен). Вони стали потужними знаряддями експерименту: термометр привів до кількісного вивчення теплових явищ, зорова труба, перетворена Галілеєм в телескоп, поклала початок оптичної астрономії, мікроскоп дозволив людині «зазирнуть» в світ клітини. Цим завершується період Відродження в фізиці, завершується і її передісторія, починається нова фаза - становлення фізики як наукової дисципліни.
III. Період становлення фізики як науки
В епоху Відродження фізичні спостереження і досліди ще не носили систематичного характеру і не були об'єднані єдиним методом дослідження. XVII в. поклав початок систематизації використанню у фізиці експериментального методу, творцем якого і послідовним провідником став Г. Галілей - один з основоположників точного природознавства.«... Перш ніж людство дозріло для науки, який охоплюючи дійсність, - писав А. Ейнштейн, - необхідно було інше фундаментальне досягнення, яке не було досягненням філософії до Кеплера і Галілея. Чисто логічне мислення не могло принести нам ніякого знання емпіричного світу. Все пізнання реальності виходить із досвіду й повертається до нього. Положення, отримані за допомогою логічних способів, при порівнянні з дійсністю виявляються зовсім порожніми. Саме тому, що Галілей усвідомлював це,і особливо тому, що він вселяв цю істину вченим, він являється батьком сучасної фізики і, фактично, сучасного природознавства взагалі[5,cт.182].Галілей встановив принципи відносності та інерції, закони вільного падіння, руху тілу по похилій площині, руху тіла, кинутого під кутом до горизонту, складання рухів. Він показав, що не швидкість, а прискорення є наслідок зовнішньої дії на тіло, довів факт рівності гравітаційної та інертної мас. Від Галілея бере свій початок динаміка.
Створення Галілеєм першого телескопа
(1609) і виконані ним широкі астрономічні
дослідження з усією
- Період класичної фізики
У 1687 вийшла у світ основоположна праця І. Ньютона «Математичні початки натуральної філософії», яка містить основні поняття й аксіоматику механіки, зокрема представлення про абсолютність простору і абсолютність часу, поняття стану, маси, закон пропорційності сили прискорення і закон всесвітнього тяжіння. Виходячи з останнього закону, Ньютон пояснив рух небесних тіл, в результаті чого став можливий перехід від кінематичного опису сонячної системи до динамічного. Це остаточно затвердило перемогу вчення Коперника.
В «Початках» також була об’єднана земна механіка з небесною. Склалося враження, що закони механіки управляють всіма процесами в природі. «Таким чином, Ньютон заклав основи тієї сукупності законів природи, яка дає можливість зрозуміти закони всіх явищ, - писав А. Ейнштейн. - Ньютон вважав, що цього можна досягти за рахунок відомості будь-яких процесів до рухів частинок, які взаємодіють між собою »| 7, с. 90].
Ньютон побудував першу фізичну картину світу (механічну картину) з абсолютним часом і простором і концепцією далекодії, яка тривалий час панувала в науці. «... Ньютон був першим, кому вдалося знайти ясно сформульовану основу, з якої за допомогою математичного мислення можна було логічно прийти до кількісного узгодження з досвідом опису широкої області явищ», - зазначав А. Ейнштейн [7, с. 78]. Побудований Ньютоном фундамент фізики виявився виключно плідним і до кінця XIX ст. вважався непорушним. Ось чому рік виходу в світ «Початків» можна вважати етапним і прийняти за початок нового періоду в історії фізики - періоду класичної фізики, що тривав два століття, поки під тиском нових фактів приведених Ньютоном і його послідовниками велична і грандіозна система не почала валитися.
«Перший привід до перегляду або зміні фізичної теорії майже завжди викликається встановленням одного або декількох фактів, які не вкладаються в рамки і колишній теорії, - зазначав М. Планк. - Факт є тією Архімедовою точкою опори, за допомогою якої зрушуються з місця навіть найбільш солідні теорії »[6, с. 73]. Кінець XIX і початок XX ст, надали в розпорядження фізиків такі факти, які призвели до революції у фізиці. Але до цього на протязі двох століть багато поколінь вчених вважали, що суть фізичних явищ зводиться до механічного руху, що механіка Ньютона є ключем до розуміння всього, що відбувається навколо.
Перший відчутний удар по вченню Ньютона завдала теорія електромагнітного поля Максвелла, подальший розвиток яких поглибило її протиріччя з класичною механікою і врешті-решт призвело до перегляду основних положень фізики. Це була другою після ньютонівської фундаментальна фізична теорія. Тому в періоді класичної фізики доцільно виділити ряд етапів.
Перший етап проходить під знаком повного панування механіки Ньютона, його механічна картина світу здійснюється і уточнюється, в ній виявляються нові специфічні риси. Бурхливо розвиваються всі галузі фізики. Цей етап у часі безпосередньо збігається з твердженням в Західній Європі нових капіталістичних відносин і їх розвитком, який привів у другій половині XVIII-початку XIX ст. до технічної і промислової революцій.
Значної досконалості і стрункості досягла механіка в працях Ж. Даламбера, Л. Ейлера, Ж. Лагранжа і П. Лапласа. Так, Лагранж, ввівши в 1700 році узагальнені координати, надав рівнянням руху таку форму, яка зробила можливим їх застосування і до не механічних процесів, зокрема до електромагнітних. Лаплас, розвинувши методи небесної механіки, зробив все те, що не вдалося зробити його попередникам в дослідженні руху небесних тіл, а його космогонічна гіпотеза виникнення сонячної системи (1796р) мала не тільки велике наукове значення, але і філософське звучання. Тріумфом механіки Ньютона було відкриття (1846) Нептуна, засноване на теоретичних обчисленнях У. Левер'є (1846), після чого віра і механічний опис стала загальною . Хід розвитку класичної механіки демонстрував справедливість єдиного закону природи - закону гравітації - як на Землі, так і у Всесвіті.
Було відкрито ряд законів збереження: матерії і руху
(М. I.Ломоносов, 1748), електричного заряду (В. Франклін,
1750), енергії (Ю. Майєр, 1842; Дж. Джоуль, 1843; Г. Гельмгольц, 1847). Причому, Гельмгольц поширив закон збереження енергії з механічних і теплових процесів на інші області явищ - електричні, магнітні, оптичні. Саме в цьому законі знайшло своє відображення єдність різних фізичних процесів. Фізику стали представляти єдиною цільною наукою.
Почали розроблятися методи термометрії і термометричні шкали (А. Цельсій, Р. Реомюр, Г. Фаренгейт). Розвиток хімії та металургії стимулювало вивчення теплових явищ. Дж. Блек показав розходження між температурою і кількістю теплоти і відкрив (1702) приховану
теплоту плавлення. Було введено поняття теплоємності (І. Вільке) та виміряні теплоємності багатьох тіл (П. Лаплас, А. Лавуазьє). Це призвело до створення калориметрії.
Дослідження в області
теплоти і газів сприяли
У XVII в. велику увагу почали приділяти наочним моделям і аналогіям, зокрема гідродинамічним. Так, теплоту представляли у вигляді особливої невагомою рідини - теплорода, перетвореннями якого пояснювали теплові явища. Аналогічно за допомогою електричних і магнітних рідин пояснювали відповідно електричні й магнітні явища. У XVIII в. моделі невагомої рідини проникли в усі розділи фізики. В їх існуванні не сумнівалося більшість вчених. При цьому вважали, що кожне фізичне явище має свого носія, свою субстанцію. Це було пов'язано і з тим, що різні фізичні явища розглядали як незалежні, не пов’язані один з одним. Лише деякі вчені (Л. Ейлер, М. В. Ломоносов і ін) заперечували наявність невагомих матерій. Тільки в 1-й половині XIX в. концепція невагомих матерій потерпіла повну поразку завдяки успіхам хвильової теорії та відкриття закону збереження енергії.
Характеризуючи цей період, І. Є. Тамм писав: «До кінця XVIII - початку XIX ст. область відомих фізичних явищ значно розширилася, однак явища ці вивчалися поза зв'язку один з одним і для пояснення кожної групи явищ вдавалися до гіпотези особливого «флюїду» (субстанції) - електриний флюїд, магнітний флюїд, теплород, нарешті, світлові частинки, введені для пояснення світлових явищ. У вигляді реакції проти цього достатку різнотипних сил і різнорідних флюїдів і виникла ідея про єдність сил природи. ... Вінцем цього періоду розвитку фізики, що характеризувалася ідеєю єдності сил природи, було встановлення закону збереження енергії ... »[6, с. 317-318].
Було встановлено ряд газових законів: закон Шарля (1787), Гей-Люссака (1802), сформульовано рівняння стану идеального газу (Б. Клапейрон, 1834), дослідами Б. Румфорда (1798) і Г. Деві (1700) підтверджена механічна теорія теплоти, викладена в роботах Д. Бернуллі, Л. Ейлера і М. В. Ломоносова. У 50-х рр.. XIX в. були закладені основи кінетичної теорії газів (Дж. Джоуль, Р. Клаузіус, Дж. Максвелл) і термодинаміки (Р. Клаузіус, У. Рапкін, У. Томсон; початок термодиннамік поклав Н. Карно, 1824) . Велике значення для фізики мали також введення Дж. Дальтон поняття атомної ваги і розвиток ним атомістичні уявлень (1803), а також розробка А. Авогадро молекулярної гіпотези (1811). У результаті була відроджена ідея атомізму давньогрецьких мислителів.
У XVIII в. були закладені основи фотометрії (П. Бугер, І. Ламберт), побудовані дифракційна решітка (Д. Ріттенгаус, 1786), що одержала широке поширення в 20-х рр.. XIX в., І ахроматичний об'єктив (Дж. Доллонд, 1757).
На початок XIX в. роботами Т. Юнга та О. Френеля було завершене створення хвильової оптики, на основі якої пояснені багато оптичних явищ, зокрема передбачена поперечність світлових хвиль (Т. Юнг, 1817; О.Френель, 1819), встановлені закони відбиття і заломлення на плоскій нерухомій поверхні розділу двох середовищ (О.Френель, 1823). У 1834 У. Гамільтон, виходячи з відкритої ним аналогії між геометричною оптикою і класичною механікою, розробив формалізовану теорію оптичних явищ, величезне значення якої виявилося при створенні квантової механіки. У 1800 У. Гершель відкрив інфрачервоні промені, а в 1801 У.Волластон і І. Ріттер - ультрафіолетовие. У 1845 М. Фарадеєм виявлено магнітне обертання площини поляризації світла (ефект Фарадея), ніж вперше зазначено на зв'язок між світлом і електромагнетизмом. З вимірів швидкості світла в воді (Л. Фуко, 1850) остаточно підтвердило хвильову теорію світла.
У 1818 О.Френель поклав початок оптиці рухомих тіл, а в 1851 А. Фізо виявив вплив руху середовища на швидкість розповсюдження світла в ній,виміряв швидкість світла в рухомій воді і показав, що світло частково переходить в рухоме середовище( досвід Фізо).
В 1859 відкриті катодні промені (Ю. Плюккера), чому сприяв винахід 1857 Г. Гейсслера ртутного вакуумного насоса і створення в 1858 трубки (гейсслеровой). У 1859 відкрито спектральний аналіз (Р. Бунзен, Г. Кірхгоф) і встановлений основний закон теплового випромінювання (закон Кірхгофа).
Ряд фундаментальних результатів отримано в інших областях фізики. Створено основи теоретичної гідродинаміки ідеальної рідини (Д. Бернуллі, 1738; Л. Ейлер, 1755), теорії пружності (Л. Нав'є, С. Пуассон, О. Коші, 20-і рр.. XIX ст.), Експериментальної акустики (Е. Хладні, кінець XVII! ст.). На початку XIX в. був закладений фундамент фізики твердого тіла.
В області вивчення електричних явищ в XVIII в. відкрито мало, основні відкриття тут припадають лише на кінець сторіччя. У 1729 С. Грей відкрив явище електропровідності, а Ш. Дюфе встановив в 1733 існування двох родів електрики. У 1745 побудований перший електричний конденсатор - лейденська банка (Е. Клейст, П. Мушенбрук), в 1750 Б. Франкліном розроблена теорія електрики і сформульований закон збереження електричного заряду, підтверджений експериментально в 1843 М. Фарадеєм. У 1785 встановлений основний закон електричного взаємодії (Ш. Кулон), в 1786 відкритий електричний струм (Л. Гальвані), а в 1799 сконструйований перше джерело тривалого електричного струму (А. Вольта). У наступні кілька років виявлені теплове, хімічне та світлове дію струму.
З XIX в. починається бурхливий розвиток цієї галузі фізики. Створення сильних джерел струму - електричних батарей (В. В. Петров, Г. Деві) дало можливість вивчити кількісні ефекти, що супроводжують струм. У 1820 X. Ерстед відкрив магнітну дію струму, поклавши початок електромагнетизму. Було установлено ряд законів електричного струму. Так, А. Ампер виявив (1820) взаємодія струмів і встановив закон цієї взаємодії (закон Ампера), що призвело до виникнення електродинаміки. Встановлені також закон Біо - Савара (1820), Ома (1826), закони електролізу (М. Фарадея, 1833), Кірхгофа (1845-1847), закон Джоуля - Ленца теплового дії струму (1841 -1842), взаємодії рухомих зарядів (В . Вебер, 1845), запропонована теорія магнетизму (Ампер, 1820), відкриті термоелектрика (Т. Зеєбека, 1821), поляризація діелектриків (М. Фарадей, 1837), пара-і діамагнетизм (Фарадей, 1845), винайдені електромагніт (У. Стерджен, 1825), гальванометр (І. Швейггера, 1820) та ін У 1831 Фарадей відкрив явище електромагнітної індукції, що сприяло швидкому розвитку електротехніки. Уже в 1831 був побудований перший електродвигун (С. даль Негро) і перший генератор змінного струму, який використовував принцип електромагнітної індукції (І. Пікс, 1832). Таким чином, до середини XIX ст. було накопичено чимало фактів і встановлено ряд законів електричних явищ, що дозволило донної перейти до об'єднання їх в єдину систему.
Другий етап у розвитку класичної фізики починається з створення Дж. Максвеллом загальної стрункої теорії елекромагнітних процесів. Використавши нові ідеї, які явно не витікали з класичної механіки, він розробив в 1860 - 1865 теорію електромагнітного поля. Спроби А. Ампера, В. Вебера та Ф. Неймана створити теорію електродинамічних взаємодій на основі ньютонівської концепції далекодії приводили до електродинамічних сил, невідповідність третьому закону Ньютона. Малоуспішними були спроби ньютонівської механіки і в поясненні оптичних явищ. Наприклад, в хвильової теорії світла, яка зародилася майже одночасно з корпускулярної, носієм хвильових рухів вважали всепроникаючий ефір. Не можна було дати ясну картину ні внутрішніх сил, «керуючих» ефіром, ні сил, що діють між ним і ваговій матерією.
Найбільш чітко всі ці недоліки виявив М. Фарадей, який завдяки фантастичній інтуїції розумів штучні відомості електромагнітних явищ до взаємодії на відстані електрично заряджених частинок. Для пояснення електродинамічних взаємодій він ввів (1834) представлення в силових лініях (поняття поля в первісній формі).
«Створене Фарадеєм в противагу пануючим теоріям далекодії уявлення про силових лініях, - писав І. Є. Тамм, - повністю виправдало себе на ділі: воно виявилося вірним керівником Фарадея на шляху численних блискучиих відкриттів ... Уявлення про силові лінії завжди зберігає своє значення і дозволяє надзвичайно просто і наглядно розібратися в цілій області досить складних явищ. Однак ми знаємо тепер, що область його дослідження обмежена, що в інших областях електромагнітних явищ, і перш за все в швидко перемінних полях, воно тільки затемнює сутність справи або зовсім відмовляється служити і веде до суперечностей. Але саме з уявлення про силових лініях викристалізувалося поняття поля, яке має настільки фундаментальне значення для всієї сучасної фізики. Сучасне поняття поля цілком відповідає сутності поглядів Фарадея.
На думку Л. Ейнштейна, ідея поля Фарадея є самим важливе відкриттям з часів Ньютона, яке з часом розірвало рамки механічного опису природи. У Ньютона і його послідовників простір виступало як пасивне вмістилище тіл і електричних зарядів, а у Фарадея воно брало участь в явищах. «Потрібно було мати могутній дар научного передбачення, - писав А. Ейнштейн, - щоб распізнати, що в описі електричних явищ не заряди і не частинки описують суть явищ, а скоріше простір між зарядами і частками» [7].
І як би продовжуючи думку Ейнштейна, І. Є. Тамм наголосив: «Бо фізичний простір зовсім не являє собой « порожню »протяжність, в яку як би вкладені матеріальні тіла. Простір володіє складними фізичними властивостями - вона є носієм полів електромагнітним і гравітаційним, носієм енергії.
Отже, Фарадея можна вважати творцем вчення про електромагнітне поле. З цього часу матерія стала виступати не тільки у формі речовини, а й у формі поля. Поняття сил, діючих на відстані (миттєво поширюються), замінюється новим фундаментальним поняттям - поняттям поля. На основі своєї концепції понять Фарадею вдалось дати точні уявлення про весь комплекс електромагнітних ефектів, відкритих ним і його попередниками.
Точні ж просторово-часові закони електромагнітних явищ сформулював в 1860-1865 Дж. Максвелл (теорія електромагнітного поля Максвелла). Все розмаїття цих явищ, всю сукупність законів, яким вони підпорядковані, він звів в одну систему рівнянні (рівняння Максвелла):
Rot E = -1/c*dB/dt
Div B = 0
rot H = 4π/c*j+1/c*dD/dt
div D = 4πp
Тут Е та Н – вектори напруженості електричного та магнітного полів,