Fizica si istoria ei

Fizica (din cuvântul grec physikos: natural, din physis: natură) este știința care studiază proprietățile și structura materiei, formele de mișcare ale acesteia, precum și transformările lor reciproce.
Oricum se pune problema, fizica este una dintre cele mai vechi discipline academice; prin intermediul unei subramuri ale sale, astronomia, ar putea fi cea mai veche . Uneori sinonimă cu filozofia, chimia și chiar unele ramuri ale matematicii și biologiei,de-a lungul ultimelor două milenii, fizica a devenit știință modernă începând cu secolul al XVII-lea, iar toate aceste discipline sunt considerate acum distincte, deși frontierele rămân greu de definit .
Fizica este poate cea mai importantă știință a naturii deoarece cu ajutorul ei pot fi explicate în principiu orice alte fenomene întâlnite în alte științe ale naturii cum ar fi de exemplu chimia sau biologia. Limitările sunt legate de incapacitatea noastră de a obține suficient de multe date experimentale, în cazul biologiei, ori de incapacitatea (până acum) sistemelor de calcul de a analiza dinamica moleculelor foarte complexe, în cazul chimiei. Descoperirile în fizică ajung de cele mai multe ori să fie folosite în sectorul tehnologic, și uneori influențează matematica sau filozofia. De exemplu, înțelegerea mai profundă a electromagnetismului a avut drept rezultat răspândirea aparatelor pe bază de curent electric - televizoare, computere, electrocasnice etc.; descoperirile din termodinamică au dus la dezvoltarea transportului motorizat; iar descoperirile din mecanică au dus la dezvoltarea calculului infinitezimal, chimiei cuantice și folosirii unor instrumente precum microscopul electronic în microbiologie.
Astăzi, fizica este un subiect vast și foarte dezvoltat. Cercetarea este divizată în patru subcâmpuri : fizica materiei condensate; fizica atomică, moleculară și optică; fizica energiei înalte; fizica astronomică și astrofizică. Majoritatea fizicienilor se specializează în cercetare teoretică sau experimentală, prima ocupându-se de dezvoltarea noilor teorii, și a doua cu testarea experimentală a teoriilor și descoperirea unor noi fenomene. În ciuda descoperirilor importante din ultimele patru secole, există probleme deschise în fizică care așteaptă a fi rezolvate. De exemplu, cuantificarea gravitației este poate cea mai arzătoare dintre probleme și cu siguranță și cea mai dificilă. Odată cu elucidarea acestei probleme, fizicienii vor avea o imagine mult mai clară despre interacțiile din natură și cu siguranță multe dintre fenomenele și obiectele pe care le întâlnim în astrofizică, de exemplu găurile negre, își vor găsi explicația într-un mod natural.

Istoria fizicii, cu viteza gandului

In perioada preistorica, oamenii faceau observatii (straniile constructii monumentale de la Stonehenge sau Carnac sunt o buna dovada) asupra fenomenelor naturale si ajungeau chiar sa le reproduca. Fenomenele care se repetau in cicluri (diurn, lunar sau anual) au dus la descoperirea unor invariante.

Acestea au constituit un inceput al rationamentului stiintific si al intelegerii faptului ca lumea exterioara asculta de niste reguli care, probabil, pot fi folosite. Timpul pe care obisnuim sa-l plasam inaintea istoriei a fost martorul unor inovatii tehnice, agrare, arhitecturale si militare decisive. Sa nu uitam ca stiintele si religia erau adanc intrepatrunse: in vreme ce isi construiau obiectele, artizanii rosteau rugaciuni, care puteau fi foarte bine o excelenta metoda de masurare a timpului, atunci cand durata determina reusita procedeului. Antichitatea a nascut noi intrebari si a vazut proliferand raspunsuri multiple: de ce cad obiectele lipsite de sprijin pe Pamant, de ce materiale diferite au proprietati diferite s.a.? Ca raspuns la aceste nedumeriri, au fost propuse diverse teorii. Chiar daca false, acestea au fost inerente demersului stiintific.

Sa nu uitam ca, in zilele noastre, teorii moderne precum cele ale mecanicii cuantice sau ale relativitatii sunt considerate inca niste teorii care, pentru moment, nu au fost contrazise (cu toate ca, in starea lor actuala, sunt incompatibile una cu cealalta). Teoriile fizice ale Antichitatii erau, intr-o mare masura, rodul unor reflectii filosofice si nu reuseau decat rareori sa fie verificate printr-o experienta sistematica. Cu toate acestea, ideea metodei experimentale a inceput sa fie elaborata de catre Epicur si de catre sceptici, ducand, pana una-alta, la o dezvoltare fara precedent a medicinei. In lipsa unui material tehnic perfectionat (telescoape, sa zicem) si a unor instrumente precise de masurare a timpului, verificarea experimentala a unor asemenea idei era dificila, daca nu chiar imposibila. Sa notam insa cateva remarcabile exceptii: Arhimede – care a descris corect statica fluidelor, sau Eratostene – care era convins, din cauza eclipselor de Luna, ca Pamantul este sferic si care a izbutit sa calculeze circumferinta terestra comparand umbrele lasate de niste bete dispuse vertical in puncte indepartate. (Trebuie notat ca, aplicand rezultatul acelorasi observatii asupra unui Pamant plat, ar fi putut deduce distanta pana la Soare.

Observatia este importanta, pentru ca ne aminteste ca orice interpretare se sprijina, in mod necesar, pe niste presupuneri anterioare. Sau, cum a spus Einstein intr-o celebra conferinta despre Kepler, „experienta simpla nu poate genera cunoasterea, aceasta fiind produsa doar prin compararea creatiilor spiritului cu faptele observatiei.“)  Pornind de la zero? Vechile idei ale fizicii, precum si datele privitoare la verificarile lor experimentale, ne sunt foarte putin cunoscute. Asta pentru ca majoritatea surselor directe care le privesc au disparut in cele doua mari incendii suferite de Biblioteca din Alexandria (in anul 48 i.Hr., cand au fost mistuite 40.000 de papirusuri, si in 696 d.Hr., cand generalul Al-as Amrou a dispus distrugerea totala a fondurilor bibliotecii). Trebuie notat ca textele lui Aristotel au fost salvate in extremis, in mod clandestin, de catre niste admiratori ai operei acestuia. Europa Evului Mediu a ocultat, in mare masura, mostenirea Antichitatii, memoria „stiintelor de inceput“ fiind conservata, printr-o frumoasa si pilduitoare conjunctura, de catre arabi. Tot savantii arabi au fost cei care au asigurat progresul stiintific al perioadei (in domenii precum matematica, medicina si astronomia), alaturi de cei indieni (care, intre altele, au inventat, pe la anul 500, miraculosul numar zero). Fara sa faca pasi decisivi, fizica a inregistrat in aceasta perioada descoperirea unor unelte matematice „de aur“: algebra, algoritmii...  Timpul relativ  si timpurile moderne Fizica, in sens modern, isi incepe drumul ascendent o data cu Galileo Galilei, savant nu prea increzator in virtutile matematicii, dar scrupulos observator al fenomenelor fizice. Rigoarea care ii lipsea lui Galilei a fost instaurata de Descartes (Discurs asupra metodei), iar Isaac Newton a deschis o noua era (mecanica clasica) introducand calculul diferential in abordarile mecanicii ceresti si descriind gravitatia intr-un mod universal si matematic. Era industriala a coincis cu inventarea termodinamicii, aplicata, initial, studiului masinilor cu vapori, si a reprezentat, totodata, sfarsitul unui unui vis – cel al miscarii perpetue. O teorie stiintifica solid argumentata a demonstrat ca nu e cu putinta sa obtii energie din nimic si ca energia „se degradeaza“. Ludwig Boltzmann a aplicat legile mecanicii si teoria probabilitatilor miscarii moleculelor, explicand cel de-al doilea principiu al termodinamicii si furnizand, astfel, cel mai important jalon de frontiera intre fizica trecutului si cea a viitorului. James Maxwell a unificat teoria electri­citatii cu cea a magnetismului, iar experientele lui Michelson si Morley au condus la ideea ca viteza luminii este aceeasi, indiferent de directie.  Era mecanicii clasice s-a inchis o data cu descoperirea, de catre Einstein si Poincaré, a relativitatii restranse. Postuland relativitatea timpului, aceasta crea premisele constatarii ca mecanica newtoniana avea un camp restrans de valabilitate. Continuand pe acest drum, Einstein a pus la punct teoria relativitatii generale, cu ajutorul lui David Hilbert si folosind un domeniu cu totul nou al matematicilor. Teoria sa a putut furniza explicatii constatarilor lui Edwin Hubble, care anuntase, in 1929, ca galaxiile ce ne inconjoara se indeparteaza de galaxia noastra. Cu alte cuvinte, ca Universul se afla in expansiune.  Iata, in consemnarea lui Stephen Hawking, implicatiile acestui moment: „Observatiile lui Hubble sugerau ca a existat un moment, numit Big Bang, cand Universul era infinit de mic si infinit de dens.

In aceste conditii, toate legile stiintei si, prin urmare, toata capacitatea de a preciza viitorul nu functionau. Daca au existat evenimente inaintea acestui moment, atunci ele nu puteau afecta ceea ce se intampla in prezent. Existenta lor poate fi ignorata, deoarece nu ar avea consecinte observabile. Se poate spune ca timpul a avut un inceput la Big Bang in sensul ca timpul de dinainte pur si simplu nu ar putea fi definit.“ La inceputul veacului XX, ca urmare a studiilor lui Max Planck si Einstein care au demonstrat existenta fotonului, s-a produs cea mai mare revolutie conceptuala a fizicii: nasterea mecanicii cuantice, fapt ce a coincis cu sfarsitul definitiv al epocii lui Newton, a carui teorie nu poate descrie decat o mica parte  a fenomenelor naturale, cele ce se produc la scara noastra. Descoperirea radioactivitatii  (Henri Becquerel) si interpretarea ei (Ernest Rutherford), dar si succesiunea din ce in ce mai rapida a descoperirilor stiintifice au transfor­mat radical conceptia noastra despre lume, codificand, in termeni stiintifici, o intuitie simbolica veche de cand lumea: desi atat de marunt in raport cu Universul, omul are de partea sa maretia unei inteligente care il face sa navigheze, intergalactic sau subatomic, cu o viteza superioara celei a luminii: viteza gandului.