Istoria fizicii

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Istoria fizicii se întinde cu siguranță pe o perioadă lungă de timp, dar nu există un acord cu privire la data exactă a nașterii sale: unii cercetători au susținut chiar începutul documentat al acesteia în civilizația Indus Valley , când obuzele erau folosite pentru a construi instrumente pentru observarea cerului. . Progresul științei pe care îl numim acum Fizică, începând oficial cu revoluția științifică din secolul al XVII-lea, cu formularea metodei științifice și începutul așa-numitei fizici clasice și continuând apoi în secolul al XX-lea și nu numai cu fizica modernă , a dus la dezvoltări enorme neîncetate, doar în domeniile științific și filozofic , dar și - prin intermediul tehnologiei - mari transformări socio-economice ale societății . Astăzi, știința fizică își continuă evoluția și încă mai trebuie înțelese și studiate multe alte întrebări, cum ar fi natura vidului și a particulelor subatomice .

Antichitate și Evul Mediu

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Istoria științei și Filosofia naturii .
Arhimede într-o pictură de Domenico Fetti (1620)

În cele mai vechi timpuri fizica era subiectul investigațiilor filozofice, atât de mult încât, înainte de dezvoltarea științei moderne, aceasta a coincis cu filosofia naturii , o disciplină considerată omologă, sau de către pozitivisti , precursorul, a ceea ce se numește acum știința naturală . [1]

Așa cum este susținut și de „școala sociologică” a lui Émile Durkheim , Lucien Lévy-Bruhl etc., modul în care anticii aveau relația cu realitatea poate fi într-un anumit sens comparat, deși cu diferite distincții, cu vizionarul magic și clar. gândire la popoarele de astăzi numite „ primitive ”. [2]

«Constituția spirituală a omului în ciclurile culturii premoderne era de așa natură încât fiecare percepție fizică avea simultan o componentă psihică , care o anima , adăugând imaginii goale un sens și în același timp un ton emoțional special și puternic. Astfel, fizica antică ar putea fi, în același timp, o teologie și o psihologie transcendentală : căci fulgerele care în materie furnizate de simțurile corpului provin din esențele metafizice și, în general, din lumea suprasensibilă . Știința naturii era simultan o știință spirituală , iar numeroasele simțuri ale simbolurilor reflectau diferite aspecte ale unei singure cunoștințe. "

( Julius Evola , Tradiția hermetică , pp. 45-46, Bari, Laterza, 1931 )

Fizica aristotelică a studiat mai ales calitățile sau esențele lumii naturale „ sublunare ”, adică situate sub zona de influență a Lunii, spre deosebire de cea cerească . Aceste calități constau în principal din cele patru elemente clasice, și anume pământul , apa , aerul , focul , cu care a fost explicată natura fiecărei mișcări , care, la rândul său, a fost trasată la patru cauze fundamentale : formală, materială, eficientă și finală. [3]

Un studiu matematizat al fenomenelor reproductibile apare în civilizația greacă în perioada elenistică și duce la nașterea unei serii de discipline care, dacă ar fi concepute apoi ca parte a științelor matematice , au fost apoi încorporate în fizică. Sunt:

Disciplinele anterioare s-au dezvoltat în Evul Mediu în principal datorită unei serii de oameni de știință din lumea islamică . Deosebit de relevante au fost rezultatele în domeniul opticii, datorită mai ales lui Ibn Sahl , în a cărui lucrare găsim prima enunțare a ceea ce se numește legea refracției lui Snell și lui Alhazen .

Cu toate acestea, explicațiile calitative au continuat în Evul Mediu latin pentru a prevala asupra celor cantitative, de asemenea în optică și mecanică. Odată cu răspândirea curentelor nominaliste , a existat însă o depășire a concepțiilor aristotelice ale mișcării atunci când, de exemplu, Giovanni Buridano a introdus teoria impulsului , bazată pe ideile lui Giovanni Filopono , ca o forță care operează nu numai în lumea terestră sublunară, ci tot în mișcarea de revoluție a stelelor . [4] Deși ridiculizată în secolele viitoare, teoria impulsului anticipa concepte similare cu cele ale inerției , care de fapt ar fi exclus orice explicație vie și panpsihică a naturii. [4]

De la școala galileană la Newton

Galileo Galilei

Între sfârșitul secolului al XVI-lea și începutul secolului următor există un salt calitativ în dezvoltarea fizicii, reprezentată mai ales de Galileo Galilei și școala sa, printre ale căror reprezentanți trebuie să ne amintim cel puțin de Bonaventura Cavalieri și Evangelista Torricelli .

Isaac Newton

Principalele inovații sunt metodologice: afirmarea metodei experimentale (care, totuși, așa cum devine din ce în ce mai clar, nu era o noutate absolută) este însoțită de utilizarea sistematică a matematicii și dezvoltarea instrumentelor științifice: printre acestea din urmă în fazele deosebit de importante sunt telescopul și microscopul (numit „occhialino” de Galileo). Printre rezultatele obținute, principalele s-au referit la principiul inerției , legea mișcării corpurilor, descoperirea presiunii atmosferice , recuperarea hidrostaticii antice și descoperirile astronomice. Studiile de optică au progresat, de asemenea, în aceeași perioadă: Thomas Harriot și Willebrord Snell redescoperă (sau recuperează) legea refracției care fusese cunoscută oamenilor de știință islamici și Francesco Maria Grimaldi descoperă difracția luminii.

În a doua jumătate a secolului al XVII-lea, centrul de greutate al cercetării științifice sa mutat din Italia în Europa de Nord: mai presus de toate, în această primă fază, în Olanda și Anglia . Accentul continuă să fie mecanica și optica . Datorită oamenilor de știință precum Christiaan Huygens și Robert Hooke , studiile asupra fenomenelor de interferență și difracție dau naștere teoriei undelor luminii , rolul accelerării vectorilor în dinamică este clarificat și începe să fie schițată o teorie a gravitației . În cele din urmă, Isaac Newton , în Philosophiae Naturalis Principia Mathematica și în Opticks , realizează o nouă sinteză a fizicii care va avea un succes enorm. Prima lucrare constituie un progres esențial în ceea ce privește toate mecanicile anterioare, oferind un cadru unitar în care este posibil să se deducă din celebrele trei principii ale dinamicii și din legea gravitației universale toate caracteristicile cunoscute ale mișcărilor planetare (și ale sateliților) . Mai îndoielnic este rolul lucrării de optică, care, dacă, pe de o parte, reușește să explice multe fenomene într-un mod unitar, pe de altă parte, va bloca dezvoltarea opticii undelor de ceva timp, pe care Newton o respinsese.

Secolele XVIII și XIX: fizica clasică

Pierre-Simon Laplace

În aceste două secole se formează încă clădirea numită „ fizică clasică ”: mecanica și optica, care progresează substanțial, sunt flancate de sectoare complet sau esențial noi: acustica, termodinamica și studiul electrice și magnetice. Mecanica newtoniană, bazată în esență pe metode geometrice, a fost înlocuită de mecanica analitică , construită cu instrumente matematice mai puternice și capabile să explice fenomenele mecanicii cerești chiar și dincolo de simplificările făcute de Newton. Printre fondatorii noilor metode, ar trebui menționați cel puțin Joseph-Louis Lagrange și Pierre Simon Laplace .

Studiul fenomenelor optice a redeschis studiul opticii undelor, care a primit o formulare coerentă și unitară datorită oamenilor de știință precum Thomas Young și Augustin-Jean Fresnel . Primul pas către dezvoltarea termodinamicii poate fi considerat, probabil, demonstrația, realizată de Benjamin Thompson în 1798 , că este posibilă transformarea lucrărilor mecanice în căldură. Termodinamica s-a dezvoltat apoi în secolul al XIX-lea . Printre fondatorii săi ne amintim cel puțin pe Jean Baptiste Joseph Fourier , Sadi Carnot , Joule și Lord Kelvin .

Studiile fenomenelor electrice și magnetice au fost pentru o lungă perioadă de timp o zonă marginală a fizicii, care s-a ocupat de explicarea proprietăților magneților și a atracției dintre obiectele electrificate prin frecare sau de găsirea unor modalități de a provoca șocuri electrice demonstrative mici. Intrarea fenomenelor electrice în sectoarele importante ale fizicii a avut loc în 1800 , când invenția bateriei de către Alessandro Volta a permis prima producție a unui curent electric .

În 1821 , fizicianul și chimistul englez Michael Faraday a integrat studiile magnetismului cu cele ale electricității. Acest lucru a fost făcut demonstrând că un magnet în mișcare a indus un curent electric într-un conductor . Faraday a formulat, de asemenea, o concepție fizică a câmpurilor electromagnetice . James Clerk Maxwell a construit pe această concepție, în 1864 , o serie de 20 de ecuații interconectate care explicau interacțiunile dintre câmpurile electrice și magnetice . Aceste 20 de ecuații au fost apoi reduse, folosind calculul vectorial , la o serie de patru ecuații de către Oliver Heaviside .

Pe lângă alte fenomene electromagnetice, ecuațiile lui Maxwell pot fi folosite și pentru a descrie lumina . Confirmarea acestei observații a venit în 1888 odată cu descoperirea de către Heinrich Hertz a undelor numite hertziene și în 1895 când Wilhelm Roentgen a trasat razele X , care s-au dovedit a fi apoi radiații electromagnetice de înaltă frecvență.

Nașterea microfizicii

Ernest Rutherford

La sfârșitul secolului al XIX-lea, datorită lui Ludwig Boltzmann , s-a născut mecanica statistică .

Radioactivitatea a fost descoperită în 1896 de Henri Becquerel și ulterior studiată de Marie Skłodowska Curie , Pierre Curie și alții. De aici s-a născut domeniul fizicii nucleare .

În 1897 , Joseph J. Thomson a descoperit electronul , particula elementară care transportă curent electric în circuite . În 1904 , a propus primul model al atomului , cunoscut sub numele de modelul atomic Thomson (model în engleză plum pudding, plum pudding). Existența atomului fusese propusă încă din 1808 de John Dalton .

Aceste descoperiri au arătat că presupunerea de către mulți fizicieni că atomul este unitatea de bază a materiei avea defecte și a încurajat studiul suplimentar al structurii atomilor . În 1911 , Ernest Rutherford a dedus din experimentele sale existența unui nucleu atomic compact cu o sarcină pozitivă.

Secolul XX: fizica modernă

Albert Einstein

Abilitatea de a descrie lumina în termeni electromagnetici a oferit o trambulină pentru Albert Einstein de a publica teoria sa relativă specială în 1905. Această teorie combină mecanica clasică cu ecuațiile lui Maxwell. Teoria specială a relativității unifică spațiul și timpul într-o singură entitate, spațiu-timp . Relativitatea prescrie o transformare diferită între cadrele de referință inerțiale decât în ​​mecanica clasică; acest lucru a necesitat dezvoltarea mecanicii relativiste pentru a înlocui mecanica clasică. În regimul de viteze foarte mici (comparativ cu cel al luminii), cele două teorii conduc la aceleași rezultate. Einstein a lucrat mai departe la teoria specială prin includerea gravitației în calculele sale și și-a publicat teoria relativității generale în 1915 .

O parte a teoriei relativității generale este ecuația câmpului lui Einstein . Aceasta descrie curbura spațiu-timp, ca o funcție a densității materiei, energiei și presiunii, reprezentată de tensorul tensiune-energie și formează baza relativității generale. Cercetările ulterioare ale ecuației de câmp ale lui Einstein au dat rezultate care au prezis Big Bang-ul , găurile negre și expansiunea universului . Einstein a crezut într-un univers static și a încercat (eșuând) să-și modifice ecuațiile în această direcție. Cu toate acestea, din 1929 observațiile astronomice ale lui Edwin Hubble au sugerat că universul se extinde.

Neutronii , componentul nuclear neutru, au fost descoperiți în 1932 de James Chadwick . Echivalența masei și energiei (Einstein, 1905) a fost demonstrată spectaculos în timpul celui de- al doilea război mondial , ca cercetare a fizicii nucleare efectuată de ambele părți, cu scopul de a crea o bombă nucleară . Încercarea germană, condusă de Heisenberg, nu a avut succes, dar aliații, împreună cu Proiectul Manhattan, și-au atins obiectivul. În America, o echipă condusă de Enrico Fermi a efectuat prima reacție în lanț nuclear în 1942 , iar în 1945 prima bombă nucleară din istorie a fost detonată în testul trinității , în gama Alamogordo , New Mexico .

În 1900 , Max Planck a oferit explicația sa asupra radiației corpului negru . Această ecuație presupune că radiatoarele sunt cuantificate în natură, cu acest studiu a început mecanica cuantică . Începând cu 1900 , Planck , Einstein, Niels Bohr și alții au dezvoltat teorii cuantice pentru a explica diverse rezultate experimentale anormale prin introducerea unor niveluri de energie distincte. În 1925 , Werner Karl Heisenberg și în 1926 , Erwin Schrödinger și Paul Dirac au formulat mecanica cuantică , care a explicat teoriile euristice cuantice anterioare. În mecanica cuantică, rezultatele măsurătorilor fizice sunt inerent probabiliste ; teoria descrie calculul acestor probabilități. Descrie cu succes comportamentul materiei pe o scară foarte mică de distanțe. În anii 1920, Erwin Schrödinger , Werner Karl Heisenberg și Max Born au reușit să formuleze o imagine coerentă a comportamentului chimic al materiei, o teorie completă a structurii complete a atomului, ca un produs secundar al teoriei cuantice.

Richard Feynman

Teoria câmpului cuantic a fost formulată pentru a extinde mecanica cuantică pentru a fi în concordanță cu relativitatea specială. A fost inventat la sfârșitul anilor 1940 datorită lucrărilor lui Richard Feynman , Julian Schwinger , Sin-Itiro Tomonaga și Freeman Dyson . Ei au formulat teoria electrodinamicii cuantice , care descrie interacțiunea electromagnetică și explică cu succes schimbarea Lamb . Teoria câmpului cuantic a constituit coloana vertebrală pentru fizica modernă a particulelor , care studiază forțele fundamentale și particulele elementare.

Chen Ning Yang și Tsung-Dao Lee , în anii 1950, au descoperit o asimetrie neașteptată în decăderea unei particule subatomice . În 1954 , Yang și Robert Mills au dezvoltat apoi o clasă de teorii la scară care au constituit coloana vertebrală pentru înțelegerea forțelor nucleare. Teoria forței nucleare puternice a fost propusă pentru prima dată de Murray Gell-Mann . Forța electrolabă , unificarea forței nucleare slabe cu electromagnetismul, a fost propusă de Sheldon Lee Glashow , Abdus Salam și Steven Weinberg . Acest lucru a condus la așa-numitul Model Standard al fizicii particulelor din anii 1970, care descrie cu succes toate particulele elementare observate până în acel moment. În 1964 , simetria CP a fost descoperită de James Watson Cronin și Val Fitch .

Mecanica cuantică oferă, de asemenea, instrumentele teoretice pentru fizica materiei condensate , a cărei ramură cea mai largă este fizica în stare solidă . studiază comportamentul fizic al solidelor și lichidelor, inclusiv fenomene precum structurile cristaline , semiconductivitatea și supraconductivitatea . Printre pionierii fizicii materiei condensate se numără Felix Bloch , care a creat o descriere în mecanica cuantică a comportamentului electronilor în structurile cristaline în 1928 . Tranzistorul a fost dezvoltat de fizicienii John Bardeen , Walter Houser Brattain și William Bradford Shockley în 1947 la laboratoarele Bell Telephone .

Cele două teme ale secolului al XX-lea , relativitatea generală și mecanica cuantică, par incompatibile. Relativitatea generală descrie universul în scara de măsurare a planetelor și a sistemelor solare, în timp ce mecanica cuantică funcționează pe scări subatomice. Această competiție este acum atacată de teoria corzilor , care consideră spațiu-timp compus nu din puncte, ci din obiecte unidimensionale, șirurile . Corzile au proprietăți similare corzilor comune pe care le cunoaștem (de exemplu, tensiune și vibrații ). Teoriile sunt promițătoare, dar încă nu au efecte detectabile. Căutarea verificării experimentale a teoriei șirurilor este încă în curs.

Organizația Națiunilor Unite a declarat anul 2005 , centenarul Annus mirabilis al lui Einstein, Anul internațional al fizicii .

Teoria haosului și complexității

În a doua jumătate a secolului al XX-lea, invenția computerului a dus la o a treia schimbare de paradigmă în fizică (și știința în general): teoria haosului . Originea sa datează din 1963 , când Edward Lorenz a publicat un articol [5] despre ceea ce va deveni mai târziu cunoscut sub numele de atractiv Lorenz : într-un sistem de trei ecuații diferențiale ordinare neliniare (versiunea extrem de simplificată a ecuațiilor utilizate în meteorologie ), era a observat că mici variații ale condițiilor inițiale au dus la consecințe imprevizibile. A fost deci nașterea conceptului de haos determinist , chiar dacă pot fi identificați diferiți precursori, precum studiile lui Poincaré asupra problemei celor trei corpuri sau așa-numita problemă Fermi - Pasta - Ulam - Tsingou .

Calculatorul a făcut posibilă, pentru prima dată, analiza comportamentului neliniar al sistemelor fizice chiar aparent banale (cum ar fi pendulul dublu ), care nu pot fi investigate cu metode pur analitice, subliniind modul în care comportamentele extrem de complexe pot deriva din simpla ecuații. După o perioadă inițială, în care teoria haosului părea puțin mai mult decât o curiozitate pentru matematicieni, am început să observăm și să studiem comportamentul haotic într-un număr mare de domenii ale fizicii clasice ( dinamica fluidelor , geofizică , mecanica cerească ), a modernului ( fizica materiei condensate , optică neliniară , biofizică ), dar și a altor științe și discipline ( chimie , dinamica populației , economie , sociologie ), toate unite de conceptul de complexitate : comportamentul general al sistemului nu este pur și simplu dată de suma comportamentelor componentelor sale. Sistemele complexe sunt apoi analizate printr-o abordare emergentă , contrar celei reducționiste care a dominat mult timp (și parțial și astăzi) în fizica particulelor și în interacțiunile fundamentale .

Notă

  1. ^ Maurizio Pancaldi, Mario Trombino, Maurizio Villani, Atlas de filosofie: autori și școli, cuvinte, lucrări , Hoepli editore, 2006, p. 515 ISBN 88-203-3620-0 .
  2. ^ Pentru Julius Evola, totuși, popoarele considerate acum „primitive” constau mai degrabă din reziduuri degenerate ale civilizațiilor tradiționale antice, cf. Tradiția hermetică (1931), pp. 45-46, nota 49, editat de Gianfranco de Turris , Roma, Mediterranee, 1996.
  3. ^ Abbagnano, Fornero, Fizica lui Aristotel ( RTF ), în protagoniști și texte de filozofie .
  4. ^ a b Alberto Strumia, Mecanică , pe disf.org , 2002.
  5. ^ (EN) Edward N. Lorenz, Deterministic flow nonperiodic flow (XML), în Journal of the Atmospheric Sciences, vol. 20, nr. 2, 1 martie 1963, pp. 130-141, DOI : 10.1175 / 1520-0469 (1963) 0202.0.CO; 2 . Adus la 24 ianuarie 2021 .

Bibliografie

Textele de istorie a fizicii

Elemente conexe

Alte proiecte

Fizică Portalul fizicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu fizica
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=History_of_physics&oldid=121859829 ”