Historia fizyki 390-FS1-3HF

Historia fizyki jest jednosemestralnym kursem przedmiotu, obejmującym 15 godzin wykładu i 45 godzin konwersatorium (1 godzinę wykładu i 3 godziny konwersatorium tygodniowo).

Profil studiów: ogólnoakademicki.

Forma studiów: stacjonarne.

Moduł: przedmioty humanizujące, przedmiot obowiązkowy.

Dziedzina i dyscyplina nauki: nauki fizyczne, nauki historyczne, historia nauki.

Rok studiów, semestr: 3 rok, 6 semestr, studia I stopnia.

Wymagania wstępne: brak.

Metody dydaktyczne: wykład, prezentacje, dyskusje, konsultacje, samodzielne studiowanie.

Punkty ECTS: 5.

Bilans nakładu pracy studenta: wykład (15 godzin), konwersatorium (45 godzin), przygotowanie prezentacji (90 godzin), dyskusje (5 godzin), konsultacje (5 godzin), samodzielne studiowanie (20 godzin).

Wskaźniki ilościowe: wykład (0,5 punktu ECTS), konwersatorium z prezentacjami (3 punkty ECTS), dyskusje i konsultacje (0,5 punktu ECTS), samodzielne studiowanie (1 punkt ECTS).

Treść nauczania obejmuje:

1) Prehistoryczne początki wiedzy przyrodniczej, astronomii i matematyki. Początki fizyki empirycznej. Jońska szkoła filozofii przyrody: szkoła Pitagorasa, atomizm Demokryta, Akademia Platona, Liceum Arystotelesa, Muzeum i Biblioteka w Aleksandrii, filozofowie hellenistyczni, geocentryczny system świata Ptolemeusza. Spuścizna świata starożytnego w średniowieczu: Boecjusz, Marcjan Capella, Kasjodor, Izydor z Sewilli, rozkwit nauki w świecie arabskim.

2) Pierwsze uniwersytety. Albert Wielki, Tomasz z Akwinu. Mechanika w średniowieczu: kalkulatorzy oksfordzcy, Mikołaj Oresme, Jan Buridan, Wincenty z Beauvais, Albert Saksoński.

3) Średniowieczne systemy świata. Mikołaj Kopernik i nowy, heliocentryczny system świata.

4) Optyka w średniowieczu: Robert Grosseteste, Roger Bacon, Witelon, Teodoryk z Freibergu. Petrus Peregrinus i pierwsze doświadczenia z magnetyzmem.

5) Izaak Newton: pierwsze lata życia, studia. Wprowadzenie rachunku różniczkowego i całkowego. Pierwsze prace optyczne - teleskop zwierciadlany. Stosunek Newtona do Hooke'a. Publikacja Zasad matematycznych filozofii naturalnej (Philosophiae naturalis principia mathematica) i ich recepcja na świecie.

6) Jan Kepler i Tycho de Brahe - za i przeciw nauce Mikołaja Kopernika. Fizyka Galileusza: Posłaniec z gwiazd (Sidererus Nuncius), Probierca (Il Saggiatore), Dialog o dwu układach świata (Dialogo sopra i due massimi sistiemi del mondo), Dyskusje i dowody matematyczne o dwóch nowych naukach (Discorsi e dimonstrazioni matematiche, intorno à due nuove scienze). Proces Galileusza, Szymon Stevin - w cieniu Galileusza. René Descartes (Kartezjusz): Rozprawa o metodzie (Discours de la méthode). Osiągnięcia Roberta Hooke'a.

7) Ewangelista Torricelli, Błażej Pascal, Otto von Guericke i Robert Boyle - odkrycie ciśnienia atmosferycznego i mechanicznych właściwości powietrza. Pierwsze pomiary temperatury.

8) Optyka w wieku siedemnastym. Wyjasnienie zjawiska załamania światła, i zjawiska tęczy. Prawo Snelliusa, dyfrakcja światła, podwójne załamanie światła, zagadnienie prędkości światła, selenografia i przyrządy Jana Heweliusza.

9) Dwa podejścia do teorii światła: Christiaan Huygens - rozprawa O świetle, Izaak Newton - Nowa teoria światła i barw oraz Optics. Wielcy mechanicy osiemnastego stulecia: ród Bernoullich. Leonard Euler. Jakub Hermann, Jan Chrzciciel Le Rond d'Alembert, Aleksy Clairaut, Piotr Ludwik Moreau de Maupertuis, Józef Ludwik Lagrange. Powstanie mechaniki analitycznej. Teoria drgań. Piotr Szymon de Laplace i jego program naukowy. Gigademon Laplace’a.

10) Wyznaczenie masy Ziemi, odkrycie Urana i aberracji światła gwiazd. Problem rozmiarów wszechświata. Poglądy kosmogoniczne Oświecenia. Dysk galaktyczny Williama Herschela.

11) Osiemnastowieczny spór kartezjanizmu z newtonianizmem. Temperatura i ciepło, skale termometryczne, ciepło utajone, spór o naturę ciepła, flogiston, teoria cieplika. Doświadczenia Rumforda i Davy'ego, prawa gazowe.

12) Elektryczność i magnetyzm w osiemnastym wieku: Magia naturalna (Magia naturalis) Jana Chrzciciela della Porty. O magnesie... (De magnete...) Williama Gilberta. Początki fizyki elektryczności, wynalezienie butelki lejdejskiej, pytania o liczbę fluidów elektrycznych, fluid cieplny a fluidy elektryczne, prawo Coulomba, elektryczność zwierzęca, stos elektryczny.

13) Elektrostatyka i elektrochemia na początku dziewiętnastego wieku. Odkrycia Oersteda i Ampere'a. Odkrycie praw przepływu elektryczności.

14) Pierwiastek chemiczny - kształtowane się pojęcia w historii nauki. Pierwsze podręczniki fizyki po polsku.

15) Prace Michała Faraday'a, indukcja elektromagnetyczna. Odkrycie promieniowania nadfioletowego i podczerwonego. Falowa teoria światła Tomasza Younga. Matematyczna, falowa teoria światła Augustyna Fresnela. Odkrycie światła spolaryzowanego, odkrycie widm cząsteczkowych i atomowych. Zjawisko Dopplera. Pomiary prędkości światła - doświadczenia Michelsona i Morley'a.

16) Józef Henry – wybitny amerykański badacz praw elektromagnetyzmu. Matematyczna teoria ciepła – Jan Chrzciciel de Fourier, Szymon Denis Poisson, Mikołaj Leonard Sadi Carnot.

17) Zasady termodynamiki - William Thomson (lord Kelvin) I Rudolf Clausius. Kinetyczna teoria gazów: James Clerk-Maxwell, Ludwik Boltzmann. Mechanika statystyczna: Jozjasz Willard Gibbs. Spór atomizmu z energetyzmem, samobójstwo Boltzmanna.

18) Zasada zachowania energii - prace Juliusza Roberta Mayera, Jamesa Joule'a i Hermanna Helmholtza. Skraplanie gazów.

19) Wprowadzenie układu jednostek elektrycznych i magnetycznych. Elektrodynamika Webera. Synteza elektromagnetyzmu Maxwella. Notacja wektorowa Heaviside'a. Odkrycie fal elektromagnetycznych - Henryk Hertz. Elektrodynamika Lorentza. Fizyka na przełomie stuleci. Sytuacja w nauce około roku 1900. Odkrycie promieni X przez Roentgena.

20) Kształtowanie się koncepcji atomistycznej w wieku dziewiętnastym. Jan Dalton. Odkrycie układu okresowego pierwiastków. Początek badań nad promieniotwórczością – Henryk Becquerel, Maria Skłodowska-Curie, Piotr Curie, Ernest Rutherford, Fryderyk Soddy. Pierwszy duży rezonans społeczny badań fizycznych w historii.

21) Promieniowanie ciała doskonale czarnego. Powstanie teorii promieniowania ciala doskonale czarnego. Kwanty promieniowania. Max Planck. 1905 - rok Einsteina: O pewnym heurystycznym punkcie widzenia na wytwarzanie i przemiany światła (Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt), O ruchu cząstek zawieszonych w cieczach w spoczynku, wynikającym z molekularno-kinetycznej teorii ciepła (Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme gefordete Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen), O elektrodynamice ciał w ruchu (Elektrodynamik bewegter Körper), Czy bezwładność ciała zależy od zawartej w nim energii? (Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?). Wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego, Szczególna Teoria Względności, teoria ruchów Browna.

22) Józef Jan Thomson - od promieni katodowych do elektronu. Doświadczenia Kaufmanna. Paryż roku 1900. - pierwszy międzynarodowy kongres fizyków. Społeczność fizyków na przełomie stuleci.

23) Model atomu Bohra. Fizyka promieni X. Model atomu Bohra-Sommerfelda. Doświadczenie Sterna-Gerlacha. Odkrycie korpuskuł światła (fotonu). Odkrycie falowej natury elektronu. Powstanie mechaniki kwantowej: mechanika macierzowa Heisenberga, mechanika falowa Schrödingera, zakaz Pauliego, równanie Diraca, interpretacja Borna, paradoks Einsteina-Podolsky'ego-Rosena, prace Bohma, nierówności Bella, stany splątane, doświadczenia Aspecta.

24) W kręgu Einsteina: Marian Smoluchowski, Henryk Lorentz, Jerzy FitzGerald, Maksymilian Abraham. Hermann Minkowski, Henryk Poincaré. Lata 1913 – 1917, Einstein tworzy Ogólną Teorię Względności. Wczesne modele atomu, doświadczenia Millikana, pomiar elementarnego ładunku elektrycznego. Odkrycie jądra atomowego.

25) Rok 1932. - odkrycie neutronu, odkrycie pozytonu, pierwsza reakcja jądrowa w akceleratorze, teoria Gamowa promieniowania alfa, cyklotron. Rozwój fizyki jądrowej: Fermiego teoria rozpadu beta, odkrycie sztucznej promieniotwórczości, odkrycie rozszczepienia jąder uranu, produkcja pierwszych pierwiastków transuranowych, modele jąder atomowych.

26) Odkrycie izotopów. Prawo przesunięć Soddy'ego i Fajansa. Model protonowo - elektronowy jądra atomowego. Model Rutherforda. Przemiany jądrowe z udziałem cząstek alfa i beta. Hipoteza neutrina. Odkrycie promieniowania kosmicznego.

27) Teoria Yukawy sił jądrowych. Odkrycie mionu i pionu. Konferencja na Shelter Island (1947). Powstanie elektrodynamiki kwantowej. Struktura nadsubtelna atomu wodoru. Przesunięcie Lamba. Pomiar dipolowego momentu magnetycznego elektronu. Odkrycie hiperjąder przez Danysza i Pniewskiego. Dziwność. Hipoteza kwarków Gell-Manna Ładunki kolorowe. Bootstrap. Powstanie chromodynamiki kwantowej. Fizyka neutrin.

28) Przyspieszenie technologiczne w latach drugiej wojny światowej. Fermiego stos atomowy. Projekt Manhattan, rola Oppenheimera. 6. i 9. sierpnia 1945: Hiroszima i Nagasaki. Niemieckie prace nad bombą atomową - Virushaus. Bomba atomowa w Sowietach: Kurczatow. Przeszli na złą stronę: Fuchs, Rosenbergowie i inni. Bomba wodorowa: Ulam, Teller. Bomba wodorowa w ZSRS: Andrzej Sacharow - od uczonego sowieckiego do opozycjonisty. Zimna wojna. Katastrofy jądrowe. Czarnobyl.

29) Powstanie teorii oddziaływań elektrosłabych (Glashow, Weinberg, Salam). Powstanie Modelu Standardowego. Rozwój fizyki ciała stałego i optyki w drugiej połowie dziewiętnastego i w dwudziestym wieku. Klasyczna teoria elektronowa metali. Odkrycie półprzewodników. Kwantowa teoria ciał stałych. Wynalezienie tranzystora - kultura masowa. Rozwój badań związanych z nadprzewodnictwem. Magnetyzm ciał stałych. Masery, lasery i holografia. Fizyka początków dwudziestego pierwszego wieku. Wielkie zespoły badawcze. Odkrycie cząstki Higgsa w LHC. Perspektywy i kierunki rozwoju fizyki w dwudziestym pierwszym wieku.

30) Astrofizyka i kosmologia w drugiej połowie dziewiętnastego i w dwudziestym wieku. Odkrycie Galaktyki, budowa gwiazd. Struktura galaktyk. Kosmologiczne konsekwencje Ogólnej Teorii Względności. Rozszerzanie się Wszechświata. Powstanie radioastronomii. Odkrycie promieniowania tła. Kosmologia Wielkiego Wybuchu.

Wykład stanowi rys wstępny, odnoszący się do wszystkich treści, które są szczegółowo dyskutowane na konwersatorium.