Физика и научно-технический прогресс

Введение

Научно-технический прогресс, то есть непрерывное развитие всего производства на основе достижений науки и техники является той самой движущей силой, которая заставляет мир меняться до неузнаваемости с течением времени.
Особый смысл данному словосочетанию придала произошедшая в середине XX века научно-техническая революция. Эта революция связана с достижениями ученых физиков, благодаря которым они смогли «заглянуть вглубь материи». Это проявилось в успехах ядерной физики, микроэлектроники и физики материалов.
С одной стороны человечество начало использовать все скрытые до того времени возможности атомов и молекул. С другой стороны, если раньше в производстве основное значение имели материальные составляющие, то теперь решающая роль отведена информации. Произошло коренное преобразование в экономике и социальной сфере развитых стран.
Целью данной работы является изучение взаимосвязи научно-технического прогресса и физики. Работа, безусловно, является актуальной, так как именно научно-технический прогресс определяет теперь практически все стороны нашей жизни.

Физика и прогресс
Данный раздел посвящен истории развития физических представлений об окружающем мире и связанных с ними изобретений, которые в корне изменили жизнь человека.
Зарождение науки, в то время единой и неделимой, которая называлась одним общим словом «философия», то есть «любовь к мудрости» началось приблизительно в V веке до нашей эры в Древней Греции. Древнегреческие ученые уже на заре зарождения научной мысли оставили великий вклад в познании человеком природы. Мудрость философов того времени до сих пор является объектом изучения и исследования. Любому образованному человеку должно быть известно имя Аристотеля, заложившего основы формальной или математической логики, являющейся основой для всех точных наук: математики, физики, химии, информатики, биологии и других. Великий вклад в формирование научной картины мира внесли Сократ или Платон, впервые давшие логичное и связное описание структуры материального мира. Первым великим изобретением, в корне изменившим хозяйственную деятельность человечества, стало колесо. Историки указывают ориентировочное время появления на свет этого важнейшего изобретения около III века до н.э. Оно позволило появиться колесным экипажам, ветряным и водяным мельницам и гончарным кругам.
Великий древнегреческий ученый Архимед внес неоценимый вклад в физику жидкости и газов (гидростатику), установив несколько фундаментальных законов носящих теперь его имя. Был изобретателем таких сложных и полезных устройств, сконструировал дамбу и мосты. Винт Архимеда позволял поднимать воду на высоту до 4 метров и применялся для осушения водянистых местностей.
Отметим, что уже в Древней Греции были заложены представления об атомарном характере вещества. И хотя атомизм Левкиппа и Демокрита был далек от современных представлений о веществе, его структуре и свойствах, это был огромный толчок для исследований фундаментальных свойств материи в будущем.
В X веке начали подковывать тягловый скот, что привело к тому, что лошади стали широко применяться в сельском хозяйстве. Вместе с тем изменилась конструкция плуга – он стал колёсным. В XI в. на Западе широкое распространение получили водяные и ветряные мельницы. Последние нашли широкое применение в металлургии. Ранее в печах применялся ручной труд для растопки печей, что приводило к их низкой производительности. Использование доменных печей с мельничным механизмом позволило увеличить температуру плавки металлов. В XVI в. чугун стал основным материалом для изготовления оружия, орудий труда, посуды, механизмов и много другого.
Эпоха Возрождения дала миру целую плеяду гениев, но для науки и техники самым важным из них был Леонардо да Винчи. Этот человек был сверхталантлив: он был величайшим из художников и скульпторов, изобретателей и инженеров. Он на много веков опередил историю. Итальянец оставил широкое наследие также в медицине и литературе. Большинство его изобретений остались в виде чертежей, так и не воплощенными в жизнь. В этом нет него удивительного, так как состояние технической базы того времени не давало надежды на осуществление таких смелых задумок. К числу изобретений да Винчи относят парашют, несколько видов летательных аппаратов, автомобиль, военная машина, арбалет, прожектор. В его чертежах мы находим карданную и цепную передачи, широко применяющиеся сейчас в автомобилях и велосипедах и других устройствах.
В XVI-XVII веке все возрастающие потребности людей стали толчком для развития физики и техники. Это была эпоха великих географических открытий. Для обеспечения безопасных и быстрых морских плаваний требовались точные знания о движении небесных тел, особенно Солнца и Луны. Другой острой проблемой было расхождение календаря с астрономическими данными на целых 10 дней.
Причина таких затруднений таилась в использовавшейся в те времена птолемеевской модели мира, описанной еще во II веке Клавдием Птолемеем. Модель была основана на наблюдениях в земной или геоцентрической системе координат. Птолемей расположил в центре мира Землю, а вокруг нее вращались все остальные планеты и Солнце, а также другие звезды. При этом предполагалось, что Земля не движется вокруг своей оси.
Коренным образом изменил представления о движении небесных тел польский ученый Николай Коперник. Он утверждал, что Солнце находится в центре Вселенной, а вокруг него по круговым орбитам движутся все остальные планеты. Гелиоцентрическая система получила подтверждение в трудах итальянского физика и астронома Галилео Галилея, который наблюдал движение небесных тел при помощи телескопа.
В результате конфликта с церковью, которая объявила гелиоцентрическую систему ересью, Галилей был приговорен к пожизненному тюремному заключению, которое вскоре было заменено на домашний арест и пожизненный надзор инквизиции. Открытие гелиоцентрической системы часто называют основой первой научной революцией, так как в последствии оно полностью изменило представление человека об окружающем мире.
XVII-XVIII века связаны, прежде всего, с именем великого английского ученого Исаака Ньютона. Основываясь на достижениях своих предшественников, таких как Галилей, Кеплер, Гюйгенс, Декарт, он описал точным математическим языком механические процессы, движения небесных тел, ряд оптических явлений

. Именно Ньютон открыл универсальные законы природы, ставшие основой механистического подхода, господствовавшего в науке и технике до конца XIX века и до сих пор являющегося базисом классической физики. Из важнейших практических достижений Исаака Ньютона можно назвать усовершенствование телескопа (рефлектор Ньютона) и изобретение водяных часов.
В XVIII-XIX веке произошло покорение человечеством электричества. В конце XVIII века появился первый источник электрического тока — гальванический элемент. В 1821 году Майкл Фарадей изобрел первый в мире электродвигатель. Теоретическую основу физики электричества дал Джеймс Максвелл, разрешив все имеющиеся к тому времени противоречия с помощью принципиально иного подхода к электрическим и магнитным явлениям. В новой теории утверждалось, что не существует отдельно электрических и магнитных явлений. Те и другие являются проявлениями электромагнетизма.
Кроме того, Джеймс Максвелл теоретически показал существование электромагнитных волн, ставших затем основой для радиосвязи, телевизионного вещания, спутниковой связи.
Одним из первых осуществил обмен информацией с помощью радиоволн русский инженер А.С Попов.
Технические изобретения XX века являются плодами научно-технической революции, то есть резким скачком в науке и технике, полностью производство и жизнь людей. Появились новые научные направления: ядерная физика, физика твердого тела, кибернетика.

Компьютерная революция
В современном мире любая отрасль хозяйства использует электронно-вычислительные машины (ЭВМ) для автоматизации информационных процессов. В производстве, науке, медицине, военно-промышленном комплексе также широко используются станки с программным управлением, роботы. Такие устройства позволяют избавить человека от рутинного труда, повысить количество производимой продукции в единицу времени, улучшить качество изготавливаемых изделий.
Электронно-вычислительные машины появились в 40-х годах XX века. Одна из первых ЭВМ ЭНИАК появилась в 1943 году в Пенсельванском Университете. Ее создатели ставили целью автоматизацию таблиц стрельбы, которые до этого получали в ручную на арифмометрах. В первых компьютерах использовались вакуумные лампы в качестве элементной базы. Недостатками первых компьютеров было использование механических переключателей для выполнения программ, что было сопряжено с ручным трудом. Кроме того, электронные лампы часто перегорали.
С изобретением в 1947 году транзистора и их использования в качестве замены электронных ламп, компьютеры стали гораздо надежнее, быстродействие ЭВМ возросло в десятки раз, достигнув миллиона операций в секунду.
В 60-х годах начинает свой отсчет третье поколение ЭВМ. Его ознаменовало изобретение интегральной схемы. На одной такой схеме могло находиться много полупроводниковых элементов. Компьютер представлял собой набор таких интегральных микросхем, каждая из которых выполняла свою функцию.
В 1970-х Тэд Хофф, один из сотрудников компании Intel предложил заменить множество интегральных микросхем, отвечающих за выполнение логических и арифметических операций, одним устройством. Такое устройство получило название микропроцессор. Вместо множества интегральных схем стали использоваться большие и сверхбольшие интегральные схемы.
Использование микропроцессоров позволило сделать компьютер значительно меньше и дешевле. Компьютеры предыдущих поколений занимали целые здания, их стоимость доходила до нескольких миллионов долларов.
Первые микрокомпьютеры приобретали небольшие компании, и даже отдельные люди. Первый по-настоящему персональный компьютер, то есть компьютер для одного человека, Apple 1 появился в 1976 году, его создали энтузиасты, Стивен Возняк и Стив Джобс. Такой компьютер был рассчитан не только на профессиональных программистов, но и на обычных пользователей. С этого момента компьютеры стали частью жизни практически любого человека, становясь, год от года все более доступными для любого человека, даже ребенка.
Переход от одного поколения к другому связан с изобретением нового базового элемента, делающего компьютер лучше. Их появление стало достижением физики полупроводников. Благодаря находчивости и таланту инженеров-электронщиков мы теперь имеем компьютеры размером в кредитную карту по производительности, превосходящие самые мощные компьютеры 60-х годов в десятки тысяч раз.
На производстве используют мощные специальные компьютеры, предназначенные для управления технологическими процессами, управления станками, манипуляторами. Кроме того, с их помощью осуществляется анализ деятельности предприятия. отслеживаются такие показатели как количество выпускаемой продукции, скорость выполнения, индивидуальные показатели отделений предприятия и сотрудников.
Для выполнения сложных вычислительных задач в настоящее время используются компьютеры в тысячи раз превосходящие по производительности персональные и специальные ЭВМ. Такие устройства называют суперкомпьютерами. Большинство из них работает по принципу массово-параллельной архитектуры, под которой понимается совокупность отдельных узлов, в каждом из которых реализован многоядерный процессор, банк оперативной памяти и другие устройства. Узлы объединены специальными каналами связи с очень высокой скоростью передачи данных.
Суперкомпьютеры позволяют решать сложные задачи численного моделирования. Например, расчет траекторий движения многих взаимодействующих тел, вычисление параметров сложных химических, физических и биологических процессов. Эксперименты с виртуальными моделями позволяют проводить испытания, когда реальные опыты представляют огромную опасность для людей и природы. Например, испытания ядерных реакторных комплексов.

Энергетика
Человечество ведет активную хозяйственную деятельность. При этом используются самые разные виды энергии для работы миллиардов приборов, промышленных и бытовых.
В XVIII веке основными источниками энергии для механизмов была энергия воды (водяные мельницы)