Среди эпох радикальных перемен, которые происходили в физике, с очевидностью выделяются три основных. Во-первых, это эпоха формирования классической физики во второй половине XVII века, когда элементы физического знания, развивавшиеся в рамках единой науки, стали представлять собой отдельную самостоятельную науку. Вначале это произошло с механикой, а затем и с остальными областями классической физики.
Во-вторых, это эпоха на рубеже XIX и XX веков, которую обычно называют кризисом в физике. Она возникла в силу противоречий, которые имели место между представлениями классической физики и теми новыми экспериментальными данными и представлениями, которые в дальнейшем привели к формированию релятивистской и квантовой физики.
И, наконец, в-третьих, эпоха во второй половине ХХ века, когда изменился сам характер науки. Она стала восприниматься обществом не просто как система знаний, а как особый вид деятельности, который существенным образом влияет на производство. В результате развитие производства значительно ускоряется, и возникают принципиально новые информационные, электронные и нанотехнологии, приведшие к существенным изменениям в науке, в том числе и в физике.
Рассматривая три этих эпохи, мы видим, что у них больше различий, чем общего. Поэтому и не имели успеха те многочисленные работы, посвященные анализу кризиса в физике на рубеже XIX и XX веков, авторы которых стремились предвидеть очередной кризис в физике. Рассмотрение обычно ведется на основе метода аналогий. Но, как известно, этот метод имеет границы своей применимости. Да и с трудом можно представить, как вторую эпоху можно связать с третьей в том смысле, чтобы, исходя из анализа кризиса в физике, предвидеть радикальные перемены во второй половине ХХ века, которые произошли не только в физике, но и в науке в целом. И все же общее у этих эпох есть. Здесь принципиально меняется ход развития физической науки. Без знания особенностей этих эпох мы не сможем связать развитие физики как единого исторического процесса. Здесь уместна аналогия с теорией функций. Не зная положения особых точек функции и их характера, мы не сможем описать функцию даже на ограниченном интервале, не говоря уже о возможности ее интерполяции на области, которые по разным причинам нам не доступны. В XVII веке произошли события, существенно изменившие облик всей науки, начинается новый этап ее дифференциации. Из общего нерасчлененного знания выделяется ряд самостоятельных областей, в том числе и физика. Основной формой производства в XVII веке была мануфактура. При мануфактурном производстве уже использовались относительно сложные механизмы и устройства: водоподъемные устройства, насосы, грузоподъемники, рудодробилки, кузнечные молоты, сверлильные станки, шелкокрутильные машины и др. До середины XVII века развивается часовое дело по производству часов без маятника, а после изобретения Х. Гюйгенсом часов с маятником – и производство часов данного типа. В отличие от техники древности, где важнейшей проблемой были задачи статики, важнейшей проблемой техники XVII века становятся проблемы механического движения. Новая организация труда, разделение умственного труда и физического, появление необходимости сознательного применения естествознания в промышленности изменяют отношение общества к науке. Государственные деятели покровительствуют науке. Наряду с университетами возникают академии наук. В 1657 году была организована Флорентийская академия опыта, состоящая из учеников и последователей Галилео Галилея. По настоянию папских кругов в 1667 году она была закрыта. В 1660 году в Англии образуется Лондонское королевское общество, имеющее статус академии наук. Предтеча общества – кружок любителей естествознания – начал собираться в Лондоне с 1645 года. Во Франции Кольбер, министр короля Людовика XIV, внес предложение об открытии Академии наук, которая и была открыта в 1666 году. Академии стали центрами науки. Для развития науки необходим обмен информацией. Вначале он осуществлялся в форме личного общения и переписки. Так М. Мерсенн (1588-1648) сыграл важную роль в распространении научных знаний, поддерживая связи с известными учеными своего времени. Со временем такая форма обмена информацией не могла удовлетворить всех потребностей. Появляются научные журналы. С 1665 года начали выходить труды Лондонского королевского общества “Philosophical Transactions”, а затем и труды Академии наук в Париже и др. Научная периодика становится формой обмена информацией между учеными. Наибольшее развитие в XVII веке получила механика. Во второй половине XVII века в работах И. Ньютона сформирована как самостоятельная наука в современном понимании этого слова. С этого времени можно говорить о физике как о самостоятельной науке. Остальные области физики на первом этапе своего развития формировались по образу и подобию механики. К концу XIX сформировалась классическая физика. На рубеже XIX и XX веков в физике был сделан ряд открытий, которые не поддавались объяснению в рамках классических теорий, а если и объяснялись, то требовали нового взгляда на ряд фундаментальных понятий. С другой стороны, достаточно давно был известен ряд явлений, не поддающихся описанию в рамках классических теорий, но эти трудности обычно относились к техническим, а не принципиальным, как, например, для теплового излучения. В 1895 году В. Рентген открыл лучи, которые он назвал Хлучами. В 1901 году за это открытие ему была присуждена только что учрежденная Нобелевская премия. В. Рентген установил, что Хлучи «не идентичны с катодными лучами, но возбуждаются ими в стеклянных разрядных трубках». Они не несут заряда, не отклоняются магнитным полем, а по химическому и люминесцентному действию сходны с ультрафиолетовыми лучами. Достаточно быстро возникла гипотеза о волновой природе рентгеновских лучей, но лишь в 1925 году М. Лауэ наблюдал их дифракцию на кристаллической решетке. Большой резонанс в обществе вызвала возможность съемки рентгенограмм человеческого тела. В Кембридже Дж. Дж. Томсон исследовал влияние рентгеновских лучей на газы и обнаружил увеличение электропроводности газов, которая уменьшалась при пропускании газа через вату. Он пришел к заключению, что при воздействии рентгеновских лучей на молекулы газа возникают заряженные частицы. Кроме того, Дж. Дж. Томсон считал, что катодные лучи являются потоком заряженных частиц, и для них двумя различными методами определил отношение заряда к массе. Оказалось, что это отношение не зависит от материала катода и от вида газа в трубке. Данное отношение оказалось гораздо меньше отношения для иона водорода. Если принять, что заряд иона водорода совпадает с величиной заряда катодных частиц, то получалось, что масса последних должна была быть много меньше массы атома водорода. В результате в 1897 году Дж. Дж. Томсон делает вывод о существовании заряженных «корпускул», которые входят, по его мнению, в состав всех элементов. Таким образом, был открыт электрон. Экспериментальные исследования по определению отношения заряда к массе катодных лучей проводит и В. Кауфман, но он не сделал принципиальных выводов. Но уже в 1901 году В. Кауфман показал, что это отношение зависит от скорости электрона. Если считать, что величина заряда постоянна, то получалось, что масса электрона зависит от скорости. К этому времени уже существовали классические теории Дж. Дж. Томсона и О. Хевисайда, объясняющие зависимость массы заряженного движущегося шара от скорости. Увеличение инерции движущегося заряженного шара являлось следствием дополнительной электромагнитной массы. Несмотря на наличие объяснения данному явлению в рамках классической теории, для многих зависимость массы тела от скорости явилось полной неожиданностью, и подрывала их веру в справедливость классических представлений. Другим явлением, не поддающимся удовлетворительному классическому описанию с позиций классической физики, стал фотоэффект. Он был открыт Г. Герцем в 1887 году, и подробно исследован профессором Московского университета А.Г. Столетовым. А.Г. Столетов установил законы фотоэффекта. Большое влияние на развитие физики оказало открытие А. Беккерелем в 1896 году радиоактивности. А. Беккерель установил, что уран вне зависимости от химического и физического состояния испускает лучи, которые способны ионизировать воздух и заряжать электроскоп. Способность урана испускать лучи не ослабевала месяцами. В 1898 году Мария и Пьер Кюри выделяют из урановой руды новый элемент, названный радием, который был способен в большей степени испускать радиоактивные лучи. В 1899 году Э. Резерфорд в своей статье о радиоактивности указывает на сложный характер радиоактивного излучения и наличие в нем альфа - и бета - лучей – заряженных положительно и отрицательно частиц соответственно. Позже он установил наличие в излучении и гамма - лучей.
Наиболее трудным для понимания являлся вопрос об источнике энергии радиоактивных лучей. В рамках классической физики он не получил разрешения. В результате произошедших на рубеже XIX и XX веков событий в физике складывается кризисная ситуация. Выход из кризиса сопровождался созданием теории относительности и квантовой физики. Эпоха радикальных перемен второй половины ХХ века не связана с радикальным изменением представлений в рамках физики. Радикально изменились возможности, которыми стали обладать физики при своих исследованиях. Принципиально изменилась скорость счета, которая связана с прогрессом в области электронных и информационных технологий. Принципиально изменилось то количество информации, которое можно стало использовать для научных исследований, а также для хранения. Появились новые типы изданий – электронные журналы и книги. Многие типы информации стали доступны практически в любой точке земного шара. Все это привело к тому, что появляется новый тип эксперимента – машинный эксперимент, основанный на компьютерном моделировании. Хотя это и не эксперимент в обычном понимании и для своего подтверждения требует проведения стандартных экспериментальных исследований, он существенно упрощает и, главное, удешевляет проведение различных научных экспериментов. Многие процессы в физических исследованиях автоматизируются, включая аналитические расчеты. В результате стали доступными исследования, которые ранее нельзя было провести из-за невозможности обработки большого объема информации, либо из-за длительности самого процесса обработки. В традиционных областях физики в результате сделано большое число новых открытий, которые позволили развить новые технологии, которые стали востребованы как промышленностью, так и другими науками. Рассматриваемый период характеризуется интенсивным процессом появления новых наук, особенно на стыке уже существовавших. В итоге можно сказать, что эпохи радикальных перемен – это эпохи, когда характер физики меняется принципиальным образом, но причины и характер этого изменения, как правило, различны.