Historia fizyki

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Information icon.svg Główny artykuł: fizyka.
Information icon.svg Główny artykuł: historia nauki.

Historia fizyki – dział historii nauki wyróżniony na podstawie badanej dziedziny jaką jest fizyka.

Filozofia przyrody[edytuj | edytuj kod]

Information icon.svg Zobacz więcej w artykule Filozofia przyrody, w sekcji Historia filozofii przyrody.

Filozofia przyrody była pierwszym obszarem rozważań filozoficznych w starożytnej Grecji[1]. Jest ona prekursorką nowożytnej nauki, która się z niej wyodrębniła i uniezależniła.

Początkowo filozofia przyrody zajmowała się wszystkimi zagadnieniami współczesnej nauki, rozpatrywanymi jednak najczęściej metodami filozoficznymi. Filozofia, rozumiana jako umiłowanie mądrości, wiązała się z dążeniem do zrozumienia funkcjonowania wszechświata. Miała ona wtedy jednak charakter spekulatywny i brakowało w niej rozwiniętej metodologii badań i rygoryzmu obserwacji. Stopniowo jednak empiryczne badanie rzeczywistości materialnej wyodrębniało się z głównego nurtu badań filozoficznych. W XVII w. nastąpiło rozdzielenie filozofii i nauki.

Problem podstawowej struktury fizycznej rzeczywistości był głównym przedmiotem zainteresowania przedsokratejskich filozofów starożytnej Grecji[2]. Filozofowie ci podjęli pierwsze niemitologiczne, racjonalne próby wyjaśnienia natury (physis), kładąc podwaliny pod filozofię i naukę europejską[3]. Problemy i idee postawione przez przedsokratejskich filozofów przyrody były inspiracją i istotnym punktem odniesienia dla badaczy przyrody aż do powstania nowożytnej nauki. Były jednak wyjątki: np. w III wieku p.n.e. Archimedes podał wiele poprawnych ilościowych opisów z zakresu mechaniki i hydrostatyki.

Pierwszą grupą filozofów byli tzw. jońscy filozofowie przyrody (m.in. Tales z Miletu, Anaksymander, Anaksymenes, Heraklit, Anaksagoras). Dążyli oni do wyjaśnienia rzeczywistości poprzez znalezienie jej najbardziej podstawowej zasady (arché), przenikającej całość rzeczywistości. Różni filozofowie w czym innym upatrywali tę podstawową zasadę: Tales w wodzie, Anaksymander w bezkresie (apeiron), Heraklit w ogniu, natomiast Anaksymenes w powietrzu[4]. Bardzo wpływowa była filozofia Heraklita, uznającego zmianę za podstawową zasadę rządzącą rzeczywistością[5].

W południowej Italii Pitagoras skupił wokół siebie grono uczniów, nauczając o matematycznej strukturze rzeczywistości. Zasadą podstawową była dla nich liczba, która stanowiła element rzeczy. Dzięki temu pitagorejczycy bardzo rozwinęli badania matematyczne[6].

Istotne znaczenie dla starożytnej metafizyki miała też działalność eleatów. Negowali oni możliwość ruchu i wielości. Był to dla nich jedynie pozór, a prawdziwa rzeczywistość była według nich niezmienną jednością[7].

Ostatnią z ważnych szkół byli atomiści (Leukippos, Demokryt) głoszący materialny charakter rzeczywistości, składającej się z małych i niepodzielnych elementów nazwanych przez nich atomami[8]. Wielu filozofów przyjmowało istnienie wielu zasad podstawowych (stanowisko pluralistyczne), lub łączyło ze sobą twierdzenia wielu szkół w niespójną całość (eklektyzm). Szczególnie wpływowa była pluralistyczna myśl Empedoklesa, twórcy koncepcji czterech elementów (żywiołów): wody, ognia, powietrza i ziemi, łącząca koncepcje Talesa, Anaksymenesa, Heraklita i Ksenofanesa[9]. Elementy są "pierwotne i jakościowo niezmienne"[10]. Mogą się ze sobą łączyć w sposób mechaniczny, tworząc wielość i różnorodność rzeczy we wszechświecie[10]. Koncepcja czterech żywiołów Empedoklesa (zmodyfikowana następnie przez Arystotelesa poprzez dodanie piątego elementu: eteru), pozostała bardzo wpływowa aż do XVI w.

Najbardziej wpływowym badaczem przyrody w starożytności był Arystoteles, które koncepcje zdominowały przyrodoznawstwo aż do XVI w. Obok szeregu obserwacji szczegółowych Arystoteles stworzył rozbudowany system zawierający koncepcje dotyczące ruchu i zmiany, czasu, przestrzeni, budowy materii i kosmologii. Zawarł je w wielu pismach, z których podstawowym jest Fizyka[11].

Wraz z końcem starożytności i rozpowszechnieniem chrześcijaństwa, początkowo niechętnego czy wrogiego filozofii, większość pism przyrodoznawczych została na Zachodzie zapomniana. Zostały przechowane przez filozofów bizantyńskich, muzułmańskich i żydowskich. Uczeni ci rozwinęli znacznie wiele dziedzin, m.in. kosmologię.

Od XII wieku, w zachodniej Europie na nowo odkryto pisma Arystotelesa, co zaowocowało rozwojem filozofii przyrody. Z problematyki fizycznej, najszerzej dyskutowanymi kwestiami były problem struktury bytu i jego podstawowych elementów, problematyka kosmologiczna (miejsce Ziemi we wszechświecie), problem wieczności świata i charakteru czasu, problem ruchu i jego przyczyn oraz problem próżni (możliwość lub niemożliwość jej istnienia)[12].

Nauka nowożytna[edytuj | edytuj kod]

Już pod koniec średniowiecza, rozwój przyrodoznawstwa zaczął powoli prowadzić do kształtowania się nauki we współczesnym sensie tego słowa. Arystotelizm, metoda scholastyczna i autorytet Kościoła zaczęły być stopniowo przeszkodą w poszerzaniu wiedzy o świecie. Epoka renesansu ma charakter przejściowy, w którym dawne koncepcje przyrodoznawcze sąsiadują z nowymi odkryciami i stopniowym wypracowywaniem metody naukowej. Szczególne zasługi dla ukształtowania się nowożytnej metody naukowej opartej na eksperymencie i indukcji miał Francis Bacon[13].

W 1543 r. ukazało się De revolutionibus orbium coelestium Mikołaja Kopernika. Samo dzieło nie miało filozoficznego charakteru, miało jednak olbrzymie konsekwencje dla podglądów na naturę rzeczywistości, miejsce człowieka w świecie, a także stosunek do dawnych autorytetów: Biblii, Arystotelesa i Ptolemeusza. Zmiany te określa się mianem przewrotu kopernikańskiego. Pod koniec XVI w. Galileusz zapoczątkował użycie eksperymentu jako środka potwierdzającego teorię fizyczną, co stało się kluczową ideą metody naukowej. Sformułował i z powodzeniem potwierdził doświadczeniem wiele wyników z dziedziny dynamiki, m.in. zasadę bezwładności, prawo spadania ciał i zasadę względności. W 1687 Newton opublikował Philosophiae naturalis principia mathematica omawiające dwie obszerne teorie fizyczne: prawa ruchu, które zapoczątkowały powstanie mechaniki klasycznej, oraz prawo grawitacji. Obie teorie potwierdzał eksperyment. Mechanika klasyczna została znacząco rozwinięta przez Lagrange'a, Hamiltona i innych, którzy formułowali ją na wiele odmiennych sposobów, podali nowe zasady i wyniki. Prawo grawitacji zainicjowało powstanie astrofizyki opisującej zjawiska astronomiczne przy użyciu nowo powstałych teorii fizycznych.

Poczynając od XVIII w., rozwijana była termodynamika (Boyle, Young i wielu innych). W 1733 Bernoulli użył rozumowania statystycznego w połączeniu z zasadami mechaniki klasycznej otrzymując wyniki znane termodynamice, co zainicjowało powstanie mechaniki statystycznej. W 1798 Thompson zademonstrował proces przemiany energii w ciepło, a w 1847 Joule sformułował zasadę zachowania energii, zarówno w formie ciepła, jak i w formie energii mechanicznej.

Elektryczność i magnetyzm były studiowane przez Faradaya, Ohma i innych. W 1855 Maxwell zunifikował obie dziedziny w jedną: elektromagnetyzm. Kluczem do niej są równania Maxwella. Przewidywała ona, że światło jest falą elektromagnetyczną.

W 1895 Röntgen odkrył promienie X, jak się wkrótce okazało, promieniowanie elektromagnetyczne o wysokiej częstości. Promieniotwórczość została odkryta w 1896 przez Becquerela, a następnie badana przez Marię Skłodowską-Curie, Pierre'a Curie i innych. Badania te zainicjowały powstanie fizyki jądrowej.

W 1897, Thomson odkrył elektron, cząstkę elementarną, która przenosi prąd elektryczny. W 1904 zaproponował pierwszy model atomu znany jako model typu "ciasto z rodzynkami".

W 1905 Einstein sformułował szczególną teorię względności unifikującą czas i przestrzeń w jedną strukturę: czasoprzestrzeń. Wymóg zgodności z teorią elektromagnetyzmu Maxwella doprowadził do modyfikacji naszego spojrzenia na czas i przestrzeń oraz na własności i rolę materii. W nowej teorii transformacje między inercjalnymi układami odniesienia wyglądają inaczej niż w mechanice klasycznej – rozwinięta została mechanika relatywistyczna, która zastąpiła mechanikę klasyczną. W granicy małych prędkości obie teorie pokrywają się. W 1915 Einstein rozszerzył szczególną teorię względności, tak by tłumaczyła zjawisko grawitacji. Tak powstała ogólna teoria względności, która zastąpiła newtonowskie prawo grawitacji. W zakresie małych mas i energii te dwie teorie także pokrywają się.

W 1911 Rutherford na podstawie eksperymentów rozpraszania wydedukował obecność skupionego jądra w atomie zawierającego dodatnio naładowane składniki nazywane odtąd protonami. Neutron, neutralny składnik jądra został odkryty w 1932 przez Chadwicka.

Poczynając od 1900, Planck, Einstein, Bohr i inni rozwijali teorie kwantowe próbując wyjaśnić anomalne wyniki różnych eksperymentów poprzez wprowadzenie dyskretnych poziomów energetycznych. W 1925 Werner Heisenberg i Erwin Schrödinger sformułowali mechanikę kwantową, która wyjaśniła poprzedzające ją teorie kwantowe. W mechanice kwantowej wynik pomiaru fizycznego jest z natury rządzony zasadami prawdopodobieństwa, a teoria jedynie podaje sposób obliczania odpowiednich prawdopodobieństw. Mechanika kwantowa z powodzeniem opisuje zachowanie materii w skali małych odległości.

Mechanika kwantowa dostarczyła teoretycznych narzędzi fizyce materii skondensowanej, dziedzinie badającej zachowanie materii w stanach stałym i ciekłym, a m.in. obiekty takie jak kryształy, półprzewodniki, i zjawiska takie jak nadprzewodnictwo czy nadciekłość. Jednym z pionierów tej dziedziny był Bloch – twórca kwantowo-mechanicznego opisu zachowania elektronów w strukturze krystalicznej (1928).

Podczas II wojny światowej, obie strony konfliktu prowadziły badania w zakresie fizyki jądrowej. Cel – konstrukcja broni jądrowej, nie został osiągnięty przez Niemców, których wysiłkami kierował Heisenberg. Udało się to Amerykanom w ramach Manhattan Engineering District prowadzonego przez Fermiego. Jego zwieńczeniem była pierwsza kontrolowana przez człowieka reakcja łańcuchowa (1942). W 1945 w Alamogordo miała miejsce pierwsza w dziejach ludzkości eksplozja nuklearna.

Kwantowa teoria pola została sformułowana jako rozszerzenie mechaniki kwantowej by zapewnić spójność ze szczególną teorią względności. Osiągnęła swoją współczesną formę w końcu lat 40. XX w. wraz z pracami Feynmana, Schwingera, Tomonagi i Dysona. Sformułowali oni elektrodynamikę kwantową opisującą oddziaływania elektromagnetyczne. Elektrodynamika kwantowa stanowi obecnie najlepiej sprawdzoną i zgodną z doświadczeniem teorię fizyczną: ścisłość jej przewidywań (błąd statystyczny) sięga obecnie szóstego miejsca po przecinku.

Kwantowa teoria pola dostarczyła ram dla współczesnej fizyki cząstek elementarnych badającej oddziaływania podstawowe i cząstki elementarne. W 1954 Yang i Mills rozwinęli klasę teorii z cechowaniem, której przykładem jest Model Standardowy z powodzeniem opisujący prawie wszystkie obecnie obserwowane cząstki elementarne.

Przypisy

  1. Gregor Schiemann: Naturphilosophie [ver. 2.0]. W: Naturphilosophische Grundbegriffe [on-line]. 2012. [dostęp 2014-08-15].
  2. Reale 1994 ↓, s. 61.
  3. Thomas M.T. M. Robinson Thomas M.T. M., Filozofowie presokratejscy, [w:] Richard H.R. . Popkin (red.), Historia filozofii zachodniej, Poznań: Zysk i S-ka, 2003, s. 34, ISBN 83-7298-496-4.
  4. Reale 1994 ↓, s. 75-92.
  5. Reale 1994 ↓, s. 93-102.
  6. Reale 1994 ↓, s. 109-115.
  7. Reale 1994 ↓, s. 139-168.
  8. Reale 1994 ↓, s. 190-204.
  9. Reale 1994 ↓, s. 172.
  10. 10,0 10,1 Reale 1994 ↓, s. 173.
  11. Giovanni Reale: Historia filozofii starożytnej. T. 2. Lublin: Wydawnictwo KUL, 2001, s. 425-451.
  12. Edith Dudley Sylla: Creation and Nature. W: The Cambridge Companion to Medieval Philosophy. A.S. McGrade (ed.). Cambridge University Press, 2003, s. 171-195.
  13. David Simpson: Francis Bacon (1561—1626). W: Internet Encyclopedia of Philosophy. 2012. [dostęp 15.11.2013].

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

  • Giovanni Reale: Historia filozofii starożytnej. T. 1. Lublin: Wydawnictwo KUL, 1994.


Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]