Физика материалов как самостоятельная область знаний начала формироваться значительно позже, чем классическая механика или оптика. Тем не менее истоки её восходят к глубокой древности, когда человек, еще не обладая научными методами, интуитивно изучал свойства различных веществ. Металлургия бронзового и железного веков, обработка камня, изготовление керамики и стекла были первыми шагами к осознанию того, что у разных материалов имеются особые физические качества — твердость, прочность, пластичность, прозрачность, теплопроводность.
Первые философские размышления о природе материи принадлежат античным мыслителям. Демокрит и Эпикур предполагали атомистическое строение вещества, что стало важной идеей для дальнейших научных поисков. Хотя эти концепции были умозрительными, они заложили основу понимания того, что свойства материалов определяются их внутренним строением.
В XVI–XVII вв. развитие металлургии и ремесел потребовало более системного изучения свойств материалов. Работы Георгия Агриколы в области горного дела и металлургии, а также исследования Галилея и Ньютона в механике привели к зарождению экспериментального подхода.
Особое значение имели труды Роберта Гука и Христиана Гюйгенса. Гук в XVII веке сформулировал закон упругости, ставший краеугольным камнем физики твёрдого тела. В это же время развивались представления о тепловых свойствах веществ, теплопроводности и изменении фазовых состояний.
XIX столетие стало переломным. Открытия в области кристаллографии, оптики и термодинамики позволили выработать системное понимание природы материалов. Огюст Браве разработал теорию кристаллических решеток, что стало основой для описания структуры твёрдого тела.
Появление термодинамики, работы Карно, Клаузиуса, Больцмана и Гиббса заложили фундамент понимания фазовых переходов, равновесия и неравновесных процессов в материалах. Именно в это время были введены такие понятия, как энтропия, свободная энергия, химический потенциал, которые сегодня являются базовыми при анализе свойств веществ.
XX век ознаменовался революцией в физике. Открытие квантовой механики стало переломным моментом, позволившим понять электронное строение вещества и закономерности, определяющие электрические, магнитные и оптические свойства материалов.
Исследования Эрвина Шрёдингера, Вернера Гейзенберга, Пауля Дирака позволили построить модель атома и атомных взаимодействий. Важнейшим достижением стало понимание зонной теории твёрдого тела (Блох, Зоммерфельд), объясняющей различие между проводниками, полупроводниками и изоляторами.
С открытием квантовой природы твёрдых тел возникла возможность целенаправленного синтеза материалов с заданными свойствами. Так, работы по полупроводникам в 1930–1940-е гг. (Фрёлих, Шокли, Бардин) привели к созданию транзистора и всей современной электроники.
Послевоенный период ознаменовался стремительным прогрессом в создании новых материалов. Появились полимеры, сверхпроводники, сплавы с памятью формы, композиты. Важнейшим направлением стало развитие ядерной энергетики и изучение радиационных эффектов в материалах.
Одновременно усилилось взаимодействие физики материалов с химией и инженерными науками. Формируется междисциплинарный подход, позволяющий изучать не только структуру вещества, но и процессы его деградации, старения, воздействия внешних факторов.
Развивается электронная микроскопия и дифракционные методы, что открыло путь к прямому наблюдению дефектов кристаллической решетки и микроструктурных изменений.
На рубеже XX–XXI вв. главными тенденциями стали нанотехнологии, материалы с контролируемой архитектурой и многофункциональные структуры. Открытие фуллеренов и углеродных нанотрубок, развитие графеновых технологий изменили представления о возможностях проектирования вещества на атомном уровне.
Сверхпроводники высоких температур, спинтронные материалы, метаматериалы, фотонные кристаллы и биосовместимые материалы являются примерами направлений, где физика материалов играет ключевую роль.
Важнейшей чертой современности стало соединение фундаментальной науки с прикладными задачами. На стыке физики, химии, биологии и инженерии развивается так называемое “материаловедение XXI века”, где создание новых материалов тесно связано с компьютерным моделированием, методами машинного обучения и высокопроизводительными вычислениями.