Войти
XIX век в науке ознаменовался рождением науки как профессии; Термин "ученый" был введен в 1833 г. Уильямом Уэвеллом и вскоре заменил старый термин "(естествознание) философ".
Среди наиболее влиятельных идей 19 века были идеи Чарльза Дарвина (наряду с независимыми исследованиями Альфреда Рассела Уоллеса ), который в 1859 году опубликовал книгу Происхождение видов, которое ввело идею эволюции посредством естественного отбора. Еще одной важной вехой в медицине и биологии стали успешные попытки доказать микробную теорию болезней. Вслед за этим Луи Пастер создал первую вакцину против бешенства, а также сделал множество открытий в области химии, включая асимметрию кристаллов. По химии Дмитрий Менделеев, следуя атомной теории из Джона Далтона, создал первую периодическую таблицу из элементов. В физике эксперименты, теории и открытия Майкла Фарадея, Андре-Мари Ампера, Джеймса Клерка Максвелла и их современников привели к созданию электромагнетизм как новая отрасль науки. Термодинамика привела к пониманию тепла, и было определено понятие энергии.
Среди других ярких событий - открытия, раскрывающие природу атомной структуры и материи, одновременно с химией - и новые виды излучения. В астрономии была открыта планета Нептун. В математике понятие комплексных чисел окончательно созрело и привело к последующей аналитической теории; они также начали использовать гиперкомплексные числа. Карл Вейерштрасс и другие провели арифметизацию анализа для функций действительных и комплексных переменных. Это также привело к новому прогрессу в геометрии, выходящему за рамки классических теорий Евклида, спустя почти две тысячи лет. В математической науке логики также произошли революционные прорывы после столь же длительного периода застоя. Но самым важным шагом в науке в это время стали идеи, сформулированные создателями электротехники. Их работы изменили лицо физики и сделали возможным появление новых технологий, таких как электроэнергия, электротелеграфия, телефон и радио.
На протяжении XIX века математика становилась все более абстрактной. Карл Фридрих Гаусс (1777–1855) олицетворяет эту тенденцию. Он проделал революционную работу над функциями от комплексных переменных, в геометрии и над сходимостью рядов, оставив в стороне свои многочисленные вклады в наука. Он также дал первые удовлетворительные доказательства фундаментальной теоремы алгебры и квадратичного закона взаимности. Его том 1801 года Disquisitiones Arithmeticae заложил основы современной теории чисел.
Поведение линий с общим перпендикуляром в каждом из трех типов геометрии В этом столетии возникли две формы неевклидова геометрия, где параллельный постулат из евклидовой геометрии больше не выполняется. Русский математик Николай Иванович Лобачевский и его соперник, венгерский математик Янош Бойяи независимо друг от друга определили и изучили гиперболическую геометрию, в которой больше нет однозначности параллелей. В этой геометрии сумма углов в треугольнике составляет менее 180 °. Эллиптическая геометрия была разработана позже, в 19 веке, немецким математиком Бернхардом Риманом ; здесь нет параллели, и углы в треугольнике в сумме составляют более 180 °. Риман также разработал риманову геометрию, которая объединяет и широко обобщает три типа геометрии.
В 19 веке началась большая часть абстрактной алгебры. Герман Грассманн в Германии дал первую версию векторных пространств, Уильям Роуэн Гамильтон в Ирландии разработал некоммутативную алгебру. Британский математик Джордж Буль разработал алгебру, которая вскоре превратилась в то, что сейчас называется булевой алгеброй, в которой единственными числами были 0 и 1. Булева алгебра является отправной точкой математическая логика и имеет важные приложения в информатике.
Огюстен-Луи Коши, Бернхард Риман и Карл Вейерштрасс переформулировали исчисление в более строгая мода.
Кроме того, впервые были исследованы пределы математики. Нильс Хенрик Абель, норвежец, и Эварист Галуа, француз, доказали, что не существует общего алгебраического метода для решения полиномиальных уравнений степени выше четырех (Абель – Руффини теорема ). Другие математики 19-го века использовали это в своих доказательствах того, что одной линейки и циркуля недостаточно для разрезания произвольного угла, построения стороны куба, вдвое превышающей объем данного куба, или для построения квадрата. равны по площади заданному кругу. Математики тщетно пытались решить все эти проблемы еще со времен древних греков. С другой стороны, ограничение трех измерений в геометрии было преодолено в 19 веке за счет рассмотрения пространства параметров и гиперкомплексных чисел.
. Георг Кантор заложил первые основы теории множеств, которая позволила строго трактовать понятие бесконечности и стала общим языком почти всей математики. Теория множеств Кантора и рост математической логики в руках Пеано, Л. Э. Дж. Брауэр, Дэвид Гильберт, Бертран Рассел и А.Н. Уайтхед, инициировал длительную дискуссию по основам математики.
В 19 веке был основан ряд национальных математических обществ: Лондонское математическое общество в 1865 году, Société Mathématique de France в 1872 году, Эдинбургское математическое общество в 1883 году, Circolo Matematico di Palermo в 1884 году и Американское математическое общество в 1888 году. Первое международное общество с особыми интересами, Quaternion Society, было сформировано в 1899 году в контексте векторной полемики.
Майкл Фарадей. (1791–1867) В 1800 году Алессандро Вольта изобрел электрическую батарею (известную как гальваническая батарея ) и, таким образом, улучшил способ изучения электрических токов. Год спустя Томас Янг продемонстрировал волновую природу света - что получило сильную экспериментальную поддержку в работе Огюстена-Жана Френеля - и принцип интерференции. В 1813 г. Питер Эварт поддержал идею сохранения энергии в своей статье «О мере движущейся силы». В 1820 году Ганс Христиан Орстед обнаружил, что проводник с током порождает магнитную силу, окружающую его, и через неделю после того, как открытие Эрстеда достигло Франции Андре-Мари Ампер обнаружил, что два параллельных электрического тока будут оказывать друг на друга силы. В 1821 году Уильям Гамильтон начал свой анализ характеристической функции Гамильтона. В 1821 году Майкл Фарадей построил двигатель с электрическим приводом, а Георг Ом изложил свой закон электрического сопротивления в 1826 году, выражая связь между напряжением, током и сопротивлением в электрической цепи.. Год спустя ботаник Роберт Браун обнаружил броуновское движение : частицы пыльцы в воде, претерпевающие движение в результате их бомбардировки быстродвижущимися атомами или молекулами жидкости. В 1829 году Гаспар Кориолис ввел термины работа (сила, умноженная на расстояние) и кинетическая энергия со значениями, которые они имеют сегодня.
В 1831 г. Фарадей (и независимо Джозеф Генри ) открыл обратный эффект, производство электрического потенциала или тока посредством магнетизма, известного как электромагнитная индукция ; эти два открытия лежат в основе электродвигателя и электрогенератора соответственно. В 1834 г. Карл Якоби открыл свои равномерно вращающиеся самогравитирующие эллипсоиды (эллипсоид Якоби ). В 1834 г. Джон Рассел наблюдал нераспадающуюся уединенную водную волну (солитон ) в Union Canal около Эдинбурга и использовал резервуар для воды для изучить зависимость скорости одиночных волн на воде от амплитуды волн и глубины воды. В 1835 году Уильям Гамильтон сформулировал канонические уравнения движения Гамильтона. В том же году Гаспар Кориолис теоретически исследовал механическую эффективность водяных колес и вывел эффект Кориолиса. В 1841 году Юлиус Роберт фон Майер, ученый-любитель, написал статью о сохранении энергии, но отсутствие у него академической подготовки привело к ее отклонению. В 1842 году Кристиан Доплер предложил эффект Доплера. В 1847 г. Герман фон Гельмгольц официально сформулировал закон сохранения энергии. В 1851 году Леон Фуко показал вращение Земли с помощью огромного маятника (маятник Фуко ).
В первые годы в механике сплошной среды были достигнуты важные успехи. полвека, а именно формулировка законов упругости для твердых тел и открытие уравнений Навье – Стокса для жидкостей.
Уильям Томсон ( Лорд Кельвин). (1824–1907) В XIX веке связь между теплотой и механической энергией была количественно установлена Юлиусом Робертом фон Майером и Джеймсом Прескоттом Джоуль, который измерил механический эквивалент тепла в 1840-х годах. В 1849 году Джоуль опубликовал результаты своей серии экспериментов (включая эксперимент с лопастным колесом), которые показывают, что тепло является формой энергии, и этот факт был принят в 1850-х годах. Связь между теплом и энергией была важна для развития паровых машин, и в 1824 году экспериментальные и теоретические работы Сади Кар не был опубликован. Карно уловил некоторые идеи термодинамики в своем обсуждении эффективности идеализированного двигателя. Работа Сади Карно послужила основой для формулировки первого закона термодинамики - повторной формулировки закона сохранения энергии - который был сформулирован около 1850 года Уильямом Томсоном, позже известный как лорд Кельвин, и Рудольф Клаузиус. Лорд Кельвин, распространивший понятие абсолютного нуля для газов на все вещества в 1848 году, опирался на инженерную теорию Лазара Карно, Сади Карно и Эмиля Клапейрона - а также эксперименты Джеймса Прескотта Джоуля по взаимозаменяемости механических, химических, термических и электрических форм работы - чтобы сформулировать первый закон.
Кельвин и Клаузиус также сформулировали второй закон термодинамики, который изначально был сформулирован в терминах того факта, что тепло не перетекает самопроизвольно от более холодного тела к более горячему. Другие формулировки последовали быстро (например, второй закон был изложен в влиятельной работе Томсона и Питера Гатри Тейта «Трактат о естественной философии»), и Кельвин, в частности, понял некоторые общие значения закона. Второй закон заключался в том, что идея о том, что газы состоят из движущихся молекул, подробно обсуждалась Даниэлем Бернулли в 1738 году, но потеряла популярность и была возрождена Клаузиусом в 1857 году. В 1850 году Ипполит Физо и Леон Фуко измерили скорость света в воде и обнаружили, что она медленнее, чем в воздухе, что подтверждает волновую модель света. В 1852 году Джоуль и Томсон продемонстрировали, что быстро расширяющийся газ охлаждается, что позже было названо эффектом Джоуля-Томсона или эффектом Джоуля-Кельвина. Герман фон Гельмгольц выдвигает идею тепловая смерть вселенной в 1854 году, в том же году, когда Клаузиус установил важность dQ / T (теорема Клаузиуса ) (хотя он еще не назвал количество).
Джеймс Клерк Максвелл. (1831–1879) В 1859 году Джеймс Клерк Максвелл открыл закон распределения молекулярных скоростей. Максвелл показал, что электрические и магнитные поля распространяются наружу от своего источника со скоростью, равной скорости света, и что свет является одним из нескольких видов электромагнитного излучения, отличающимся от других только частотой и длиной волны. В 1859 году Максвелл разработал математику распределения скоростей молекул газа. Волновая теория света была широко принята ко времени работы Максвелла по электромагнитному полю, и впоследствии изучение света, электричества и магнетизма было тесно связано. В 1864 году Джеймс Максвелл опубликовал свои статьи по динамической теории электромагнитного поля и заявил, что свет является электромагнитным явлением, в публикации 1873 года Максвелла Трактат об электричестве и магнетизме. Эта работа опиралась на теоретические работы немецких теоретиков, таких как Карл Фридрих Гаусс и Вильгельм Вебер. Инкапсуляция тепла в движении частиц и добавление электромагнитных сил к ньютоновской динамике создали чрезвычайно надежную теоретическую основу для физических наблюдений.
Предсказание, что свет представляет собой передачу энергии в форме волны через "<253">светоносный эфир ", и кажущееся подтверждение этого предсказания с обнаружением в 1888 году электромагнитного излучения студентом Гельмгольца Генрихом Герцем было большим триумфом физической теории и подняло возможность того, что вскоре могут быть разработаны еще более фундаментальные теории, основанные на этой области. Экспериментальное подтверждение теории Максвелла было предоставлено Герцем, который в 1886 году создал и обнаружил электрические волны и подтвердил их свойства, в то же время предвосхитив их применение в радио, телевидении и других устройствах. В 1887 году Генрих Герц открыл фотоэлектрический эффект. Вскоре после этого начались исследования электромагнитных волн, и многие ученые и изобретатели проводили эксперименты над их свойствами. В середине и конце 1890-х годов Гульельмо Маркони разработал радиоволны на основе системы беспроводной телеграфии (см. изобретение радио ).
Атомная теория вещества была снова предложена в начале 19 века химиком Джоном Далтоном и стала одной из гипотез кинетико-молекулярной теории газов, разработанной Клаузиусом и Джеймсом. Клерк Максвелл объяснил законы термодинамики. Кинетическая теория, в свою очередь, привела к статистической механике Людвига Больцмана (1844–1906) и Джозайи Уилларда Гиббса (1839–1903), которые утверждали, что энергия (включая тепло) была мера скорости частиц. Связывая статистическую вероятность определенных состояний организации этих частиц с энергией этих состояний, Клаузиус переосмыслил диссипацию энергии как статистическую тенденцию перехода молекулярных конфигураций к все более вероятным и все более дезорганизованным состояниям (вводя термин "") энтропия "для описания дезорганизации состояния). Статистическая и абсолютная интерпретации второго закона термодинамики создают спор, который продлится несколько десятилетий (приводя аргументы, такие как «демон Максвелла »), и который не будет считаться окончательно разрешенным до тех пор, пока поведение атомов было твердо установлено в начале 20 века. В 1902 году Джеймс Джинс обнаружил масштаб длины, необходимый для роста гравитационных возмущений в статической почти однородной среде.
В химии Дмитрий Менделеев, следуя атомной теории из Джона Далтона, создал первый периодическая таблица из элементов.
Томас Эдисон был американским изобретателем, ученым и бизнесменом, который разработал множество устройств, оказавших большое влияние на жизнь во всем мире, в том числе фонограф, кинокамера и долговечная практичная электрическая лампочка.
Первый моторный автобус в истории: Benz Omnibus, построенный в 1895 году для автобусной компании Netphener В 1859 году Чарльз Дарвин опубликовал книгу Происхождение видов, в которой была представлена идея эволюции посредством естественного отбора.
Луи Пастер, 1878
Мария Кюри, ок. 1898
В список выдающихся ученых XIX века входят:
