Сучасна техніка характеризується високими темпами її модернізації та автоматизації, уніфікацією, стандартизацією, інтенсивним розвитком енергетики, радіоелектроніки, хімічної технології, широким використанням автоматики, ЕОМ та ін. Фахівці з вищою технічною освітою - інженери (від франц. Ingénieur, від лат. Ingenium - здатність , винахідливість) - залишаються в сучасному суспільстві найбільш затребуваними.
Чому фізика потрібна інженеру? З фізичними явищами і законами інженер безпосередньо зустрічається в своїй практичній діяльності: інженер-будівельник, розраховуючи міцність споруди, повинен знати закони пружності, інженер-електротехнік в проектуванні освітлювальної мережі повинен знати закони змінного струму і т. Д.Знаніе фізики самої по собі як цілісної дисципліни з її специфічною методикою дозволяє не тільки знаходити рішення складних технічних завдань, а й відкривати нові шляхи для подальшого технічного прогресу.
Фізичні методи дослідження Основними методами дослідження у фізиці є експериментальний - як метод побудови емпіричного (заснованого на досвіді) знання і теоретичний - як метод побудови теоретичного знання. Емпіричне знання можна побудувати, використовуючи такі методи дослідження, як спостереження, вимірювання, досвід, моделювання. Досвідчені факти потребують описі, узагальненні, подальшої інтерпретації, т. Е. В теоретичному осмисленні. Будь-яка теоретична гіпотеза, в свою чергу, може бути підтверджена або спростована лише емпіричним путём.Существует такий метод вирішення наукових завдань, як уявний експеримент, який передує реального досвіду, а в деяких випадках замінює його. В уявному експерименті фізичні тіла можна поставити в такі умови, які навозможность відтворити в реальності. Наприклад, уявний експеримент з ліфтом привів Ейнштейна до принципу еквівалентності, який лежить в основі загальної теорії відносності.
Приклад, який ілюструє значення широкого фізичного горизонту при вирішенні технічних питань. Винахід мікроскопа відкрило в біології в середині XIX в. абсолютно нові шляхи вивчення явищ життя. Дослідники чекали, що з будівництвом мікроскопів, що збільшують в десятки, сотні тисяч і мільйонів разів дозволять проникнути в найпотаємніші деталі будови живої матерії.
При такій кон'юнктурі фахівці-конструктори оптичних приладів з посиленою енергією взялися за вдосконалення мікроскопа. Вважалося, що можна досягти будь-яких як завгодно великих збільшень, а основні труднощі зводиться до подолання технічних труднощів. В основі теорії розрахунку оптичних приладів в той час лежали закони геометричної оптики, що базуються на основі поняття світлового променя як прямий лінії.
Світловий промінь в геометричній оптиці
Однак робота по вдосконаленню мікроскопа не дала очікуваних результатів: збільшення не вдавалося зробити настільки значним, як передбачалося. Виникло протиріччя між тим, що здавалося досяжним на основі застосування законів геометричної оптики, і тим, що досягалося на практиці. Пояснення цьому не знаходилося.
К. Ф. Цейс, німецький оптик-механік, який заснував в 1846 році фірму в Єні (нині «Карл Цейс Йена» в Німеччині) з виробництва оптичних приладів і оптичного скла, запросив для консультації молодого фізика Аббе. Аббе володів хорошою теоретичною підготовкою, тому підійшов до питання про мікроскоп з позицій більш глибокого і досконалого знання - хвильової оптики. Один з головних висновків, отриманих Аббе, полягав в тому, що хвильова природа світла ставить принциповий межа збільшення мікроскопа: якщо деталі об'єкта менше певної величини, то ці деталі не можуть бути помітні через дифракційних явищ. Блискучими дослідами Аббе підтвердив справедливість своїх теоретичних висновків.
Дифракція обмежує одну з головних характеристик мікроскопа - його роздільну здатність. Роздільна здатність мікроскопа характеризує здатність давати роздільні зображення двох близьких один до одного точок об'єкту і визначається мінімальним відстанню між найближчими точками, при якому ці точки ще можна спостерігати раздельно.Прі малих розмірах спостережуваних в мікроскоп об'єктів не можна нехтувати тим, що світло - це електромагнітна хвиля, тому отримані зображення слід розглядати як результат інтерференції світлових хвиль, що йдуть від точок об'екта.Із через дифракції світла зображення точки - гурток (з етлое пляма, оточене кільцями).
Сучасний оптичний мікроскоп