Historia fizyki

kształcenia ogólnego
obowiązkowe

Założeniem przedmiotu jest wprowadzenie studiującego do zagadnień związanych z historycznym rozwojem przyrodoznawstwa i uwypuklenie znaczenia rewolucji naukowych, a także podkreślenie kumulatywnego aspektu dyscypliny takiej jak fizyka i jej związku z innymi obszarami twórczej aktywności ludzkiej (humanistyka).

w sali

Historia fizyki jest jednosemestralnym kursem przedmiotu, obejmującym 30 godzin konwersatorium.

Treść nauczania obejmuje:

1. Początki fizyki, astronomii i matematyki w starożytności.

2. Fizykę średniowieczną.

3. Renesansowy przełom w naukach ścisłych.

4. Fizykę wieku siedemnastego.

5. Oświeceniowe odkrycia w dziedzinie nauk ścisłych.

6. Rozwój przyrodoznawstwa w wieku dziewiętnastym.

7. Pojawienie się nowoczesnej fizyki na przełomie następnego stulecia.

8. Historię zaawansowanej fizyki dwudziestego wieku.

Historia fizyki jest jednosemestralnym kursem przedmiotu, obejmującym 30 godzin konwersatorium.

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: prezentacje, dyskusje, konsultacje, samodzielne studiowanie.

Punkty ECTS: 5.

Bilans nakładu pracy studenta: konwersatorium (30 godzin), przygotowanie prezentacji (90 godzin), dyskusje (5 godzin), konsultacje (5 godzin), samodzielne studiowanie (20 godzin).

Wskaźniki ilościowe: konwersatorium z prezentacjami (3.5 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.

1) Andrzej Kajetan Wróblewski: "Historia fizyki"

2) Jerzy Przystawa: "Odkryj smak fizyki"

3) Andrzej Kajetan Wróblewski: "Prawda i mity w fizyce"

4) Andrzej Kajetan Wróblewski: "Uczeni w anegdocie"

Student:

1. Rozumie fundamentalne znaczenie fizyki dla rozwoju technologicznego, gospodarczego i cywilizacyjnego.

2. Rozumie strukturę fizyki jako dyscypliny naukowej, uzyskuje świadomość powiązań poszczególnych dziedzin i teorii, zna przykłady błędnych hipotez fizycznych i błędnych teorii fizycznych.

3. Zna ograniczenia stosowalności wybranych teorii fizycznych, modeli obiektów fizycznych i opisu zjawisk fizycznych.

4. Umie w sposób popularny przytoczyć podstawowe fakty z poznanych działów fizyki, zarysować strukturę fizyki jako dyscypliny naukowej oraz przedstawić historyczny rozwój dyscypliny ze wskazaniem wpływu wybranych odkryć na rozwój technologii, gospodarki i rozwój cywilizacyjny.

5. Rozumie potrzebę dzielenia się wiedzą, w tym potrzebę popularnego przedstawiania osiągnięć fizyki.

6. Potrafi samodzielnie wyszukiwać informacje w literaturze i zasobach Internetu, także w językach obcych.

Kody:

K_W01, K_W04, K_W05, K_U01, K_U02.

Studenci otrzymują listy zagadnień do samodzielnego opracowania. Podczas zajęć referują wybrane zagadnienia dotyczące historii fizyki. Prowadzący zwraca szczególną uwagę na rozumienie używanych pojęć, klarowność prezentacji, stymuluje grupę do zadawania pytań i dyskusji.

Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie oceny, która uwzględnia:

1. Umiejętność prezentacji zagadnień z historii fizyki.

2. Umiejętność dyskusji na tematy związane z przedmiotem.

3. Umiejętność korzystania z zasobów literatury i Internetu.

4. Kreatywność w podejściu do rozwiązywanych problemów.

Ocenianie ciągłe przez prowadzącego zajęcia.

Ocena końcowa wyrażona liczbą przewidzianą w regulaminie studiów, która uwzględnia ocenę wiedzy, umiejętności i kompetencji studenta.

Podczas tworzenia prezentacji dopuszcza się korzystanie z systemów sztucznej inteligencji w zakresie:

1. Tłumaczenia maszynowego tekstów źródłowych z języków obcych.

2. Wyszukiwania i organizowania źródeł naukowych.

4. Korekty językowej i stylistycznej tekstu.

6. Generowania zestawień słów kluczowych.