Современная физика возникла на рубеже ХХ в., как раз на основе открытия электрона и радиоактивности. Ее начало, как и последующие развитие, не было безмятежным и спокойным. Замечательные открытия физики конца ХIХ – начала ХХв. Не укладывались в рамки господствовавших на протяжении долгого времени представлений, выработанных в результате обобщений обыденного опыта. Началась ломка этих представлений, появились трудности философского и методологического характера. Естествоиспытатели и философы, стоявшие на различных идеалистических позициях, заговорили о «кризисе физики». Оживилась борьба между материализмом и идеализмом, чему имелась и другая причина- идеологическая реакция на поражение русской революции 1905г.

Возникновение электродинамики

Успехи электростатики, завершившиеся открытием количественного закона электрических взаимодействий, предопределили дальнейший путь развития науки об электричестве: накопление экспериментальных фактов в области электростатики , усовершенствования электростатических машин и электрометров, построение математической теории электростатических и магнитостатических взаимодействий. Все это действительно происходило: накапливались новые факты, усовершенствовались приборы и аппараты, появились чувствительные электроскопы, в частности электроскоп Вольты с соломинками, снабженный конденсатором, электроскоп Беннета с золотыми листочками, вольта установил связь между количеством электричества, емкостью и напряжением. Физики впоследствии отметили заслугу Вольты во введении в науку такого важного понятия, как «напряжение», присвоением единице электрического напряжения наименования «вольт». Вольта подготовил и создание электрической машины, основанный на электрофоре. Математическая теория разрабатывалась Пуассоном, Грином, Гауссом и др. учеными.

Физиологические действия электричества, открытие электрических свойств ската заинтересовали врачей и физиологов. Естественно было ожидать что электричество и магнетизм окажутся полезными во врачебной практике, и тот факт, что у итальянского врача Луиджи Гальвани оказалась электрическая машина, вполне соответствовал духу времени. Путем опыта над «лапкой лягушки» он пришел к выводу о существовании «живого электричества». «… двойственное и противоположное электричество находится в самом животном препарате» Он показал что положительное электричество находится в нерве, отрицательное в мышце. Но физик поверивший сначала в существование «живого электричества», вскоре пришел к противоположному выводу о физической причине явления. Этим физиком был А.Вольта.

Триумф вольтова столба обеспечил безоговорочную победу Вольты над Гальвани. Вольта в результате длинного ряда опытов пришел к выводу , что причиной сокращения мышц служит не «животное электричество», а контакт разнородных материалов. Ему пренадлежит и создание первого генератора электрического тока, так называемого вольтового столба, оказавшего огромное влияние не только на развитие науки об электричестве, но и на историю человеческой цивилизации. Вольтов столб возвестил о наступлении повой эпохи-эпохи электричества.

Во времена Гальвани электрофизиологические явления еще не созрели для научного анализа, и то, что Вольта повернул открытие Гальвани на новый путь, было очень важно для молодой науки об электричестве.

Сразу после сообщения о новом приборе начались опыты по его изготовлению и изучению действий электрического тока. Так английские химики Никольсон и Карлейль, построив вольтов столб из 17 элементов, осуществили электролиз воды. Так были открыты химические действия тока, успешно исследовавшиеся английским химиком Дэви. Он открыл путем электролиза щелочные металлы калий и натрий. Одной из первых монографий, посвященных описанию нового источника тока и опытов с ним, была монография В.В. Петрова. В ней он изложил свой знаменитый опыт с электрической дугой. Труды Петрова оставались неизвестными за рубежом, его открытия переоткрывались. В вышедшей еще при жизни Петрова «Опытной, наблюдательной и умозрительной физике» написанной Д. Велланским, электрическая дуга и батарея Петрова не упоминается, хотя Велланский рассказывает о батарее Шиллерна, о сухих батареях Делюка, Зингера, Замбони, об электрических светоносных явлениях, об электризации проводников «стеганием», т.е. о многих вещах, о которых писал Петров. Так начинала свое развитие электродинамика в конце ХVIII в. начале ХIХ вв.

Наука второй половины ХIХ в.

Исследования и достижения Гельмгольца

Одним из самых знаменитых физиков второй половины 19 столетия, общепризнанным лидером физической науки был Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц. В отличии от своих предшественников он связывает закон с принципом невозможности вечного двигателя, считал его тождественным принципу, что «все действия в природе можно свести на притягательные или отталкивательные силы». Материю он рассматривает как пассивную и неподвижную. По мнению Гельмгольца, мир – это совокупность материальных точек, взаимодействующих друг с другом центральными силами. Гельмгольц во главу своего исследования ставит принцип сохранения живой силы. Принцип Майера «из ничего ничего не бывает» он заменяет более конкретным положением, что «невозможно при существовании любой произвольной комбинации тел природы получать непрерывно из ничего движущую силу». При этом мерой произведенной работы Гельмгольц считает половину произведения mv2. Таков важный шаг, сделанный Гельмгольцем, в развитии закона сохранения энергии. Рассматривая электрические явления, Гельмгольц находит выражение энергии точечных зарядов и показывает физическое значение функции, названной Гауссом потенциалом. Далее он вычисляет энергию системы заряженных проводников и показывает, что при разряде лейденских банок выделяется теплота, эквивалентная запасенной электрической энергии. Он показал что при этом разряд является колебательным процессом и электрические колебания «делаются все меньше и меньше, пока, наконец, вся живая сила не будет уничтожена суммой сопротивлений».

Затем Гельмгольц рассматривает гальванизм. Он указывает, что количество теплоты, выделяемое в металлическом проводнике с сопротивлением w в течении времени t , равно «по Ленцу», v=I2wt и показывает, что это соответствует работе электрических сил. Он разбирает энергетические прoцессы в гальванических источниках, термоэлектрических явлениях, положив начало будущей термодинамической теории этих явлений. Рассматривая магнетизм и электромагнетизм, делает свой известный вывод выражения электродвижущей силы индукции, исходя из исследований Неймана( нашел выражение закона индукции в следующем виде V= - А/t , где знак минус показывает что на создание индукционного тока надо затратить энергию.) и опираясь на закон Ленца( рассматривал вопросы распределения тока в разветвленных проводниках, а так же занимался изучением электромагнитов). В своем сочинении Гельмгольц уделяет главное влияние физике и лишь очень бегло и сжато говорит о биологических явлениях. Тем не менее именно это сочинение открыло Гельмгольцу дорогу к кафедре физиологии и общей патологии медицинского факультета, затем стал профессором анатомии и физиологии. Он много и успешно занимался физиологией зрения, эти исследования существенно обогатили область знания и практическую медицину. Итогом этих исследований явилась « Физиологическая оптика».