Fizică

știință exactă a naturii
În sensul acelor de ceasornic: un curcubeu, un laser, un balon cu aer cald, un titirez, efectele unei coliziuni lateral-frontale, orbitali atomici de hidrogen, o bombă termonucleară, un fulger și galaxii

Fizica (din cuvântul grec antic: φυσική (ἐπιστήμη) phusikḗ (epistḗmē) care înseamnă cunoașterea naturii, din φύσις phúsis ce înseamnă 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.[1] 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.[2]

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 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 subdomenii: 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.

Cuprins

IstorieModificare

Încă din antichitate, oamenii au încercat să înțeleagă comportamentul materiei: de ce obiectele nesprijinte cad la pământ, de ce materiale diferite au proprietăți diferite, ș.a.m.d. De asemenea, erau un mister caracteristicile universului, precum forma Pământului și comportamentul obiectelor cerești, precum Soarelele și Luna.[3] Au fost propuse mai multe teorii, cele mai multe dintre ele dovedindu-se a fi greșite. Aceste teorii au fost în mare măsură formulate în termeni filozofici, și niciodată nu au fost verificate prin încercări experimentale sistematice. Au fost excepții și există și în prezent anacronisme: de exemplu, gânditorul grec Arhimede a exprimat în mai multe lucrări descrieri corecte cantitative ale mecanicii și hidrostaticii.[4]

În sec. XVI, Galileo a folosit pentru prima dată experimente pentru a valida teoriile fizice, metoda științifică principală de confirmare în prezent a ipotezelor. Galileo a formulat și testat cu succes o serie de afirmații în dinamică, în special Legea inerției.

În 1687, Newton[5] a publicat Principia Mathematica, detaliind două teorii fizice cuprinzătoare și de succes: legile mișcării ale lui Newton, care au stat la baza mecanicii clasice, precum și Legea lui Newton a gravitației, care descrie forța fundamentală a gravitației. Ambele teorii au fost verificate experimental. Mecanica clasică a fost extinsă de Lagrange, Hamilton, și alții, care au promovat noi formulări, principii, și rezultate. Legea gravitației a dus la dezvoltarea astrofizicii, care descrie fenomenele astronomice folosind teoriile fizice.

Începând cu secolul XVIII, s-a dezvoltat termodinamica prin contribuțiile lui Boyle, Young, și mulți alții. În 1733, Bernoulli a folosit argumente statistice în mecanica clasică pentru a obține rezultate în termodinamică, inițiind dezvoltarea mecanicii statistice. În 1798, Thompson a demonstrat conversia lucrului mecanic în căldură, iar în 1847 Joule a publicat legea de conservare a energiei, sub formă de căldură și de energie mecanică.

Electricitatea și magnetismul au fost studiate de către Faraday, Ohm, și alții. În 1855, Maxwell a unificat cele două fenomene într-o singură teorie a electromagnetismului, descrisă de ecuațiile lui Maxwell. O predicție a acestei teorii a fost faptul că lumina este o undă electromagnetică.

În 1895, Roentgen a descoperit razele X, care s-au dovedit a fi radiații electromagnetice de înaltă frecvență. Radioactivitatea a fost descoperită în anul 1896 de către Henri Becquerel, și studiată apoi de Pierre Curie și Marie Curie, printre alții. Aceasta a stat la baza fizicii nucleare.

În 1897, Thomson a descoperit electronul, particulă elementară care transportă curent electric în circuitele electrice. În 1904 el a propus primul model al atomului, cunoscut sub numele de modelul “budincă de prune” (existența atomului a fost propusă încă din 1808 de către Dalton.).

În 1905, Einstein a formulat teoria relativitatii speciale, unificând spațiul și timpul într-o singură entitate, spațiu-timp. Relativitatea prevede o transformare diferită între sistemele de referință, față de mecanica clasică. Aceasta a necesitat dezvoltarea mecanicii relativiste, ca un înlocuitor pentru mecanica clasică. În intervalul vitezelor (relative) mici, cele două teorii obțin aceleași tezultate. În 1915, Einstein a extins teoria relativității restrânse pentru a explica gravitația cu ajutorul teoriei generale a relativității, care înlocuiește legea lui Newton a gravitației. În intervalul maselor și energiilor mici, cele două teorii obțin aceleași rezultate.

În 1911, Rutherford a dedus, din experimente de împrăștiere, existența unui nucleu atomic compact, cu elementele constitutive încărcate pozitiv denumite protoni. Neutronii, componentele neutre nucleare, au fost descoperiți în 1932 de către Chadwick.

Începând din 1900, Planck, Einstein, Bohr, și alții, au dezvoltat teorii cuantice pentru a explica diverse rezultate anormale experimentale, prin introducerea unor niveluri distincte de energie. În 1925 Heisenberg, și în 1926 Schroedinger și Dirac, au formulat mecanica cuantică, care a explicat teoriile cuantice precedente. În mecanica cuantică, rezultatele măsurătorilor fizice sunt în mod inerent probabilistice. Teoria descrie calculul acestor probabilități. Cu ajutorul ei se descrie cu succes comportamentul materiei pentru dimensiuni mici, subatomice.

Mecanica cuantică a furnizat, de asemenea, instrumentele teoretice pentru dezvoltarea fizicii materiei condensate, care studiază comportamentul fizic al solidelor și lichidelor, inclusiv fenomene precum structura cristalelor, semiconductivitatea, și supraconductibilitatea. Unul din pionierii în fizica materiei condensate a fost Bloch, care a dezvoltat o descriere cuantică a comportamentului electronilor în structurile de cristal, în 1928.

În timpul celui de al doilea război mondial, cercetarea a fost focalizată de către fiecare parte pe fizica nucleară, în scopul obținerii bombei nucleare. Echipa germană, condusă de Heisenberg, nu a obținut rezultatele sperate. În schimb, Proiectul Manhattan al Aliaților și-a atins scopul. În America, o echipă condusă de Fermi, a obținut prima reacție nucleară în lanț inițiată de om, în 1942, iar în 1945 a fost detonată prima armă nucleară din lume, în Trinity, în apropiere de Alamogordo, New Mexico.

Teoria câmpurilor cuantice a fost formulată în scopul de a extinde mecanica cuantică pentru a fi în concordanță cu teoria relativității restrânse. Forma sa actuală a fost obținută spre finele anilor 1940, prin lucrările lui Feynman, Schwinger, Tomonaga, și Dyson. Ei au formulat teoria electrodinamicii cuantice, care descrie interacțiunea electromagnetică.

Teoria câmpurilor cuantice oferă cadrul pentru fizica modernă a particulelor, care studiaza forțele fundamentale și particulele elementare. În 1954, Yang și Mills au dezvoltat o clasă de teorii gauge, care a oferit cadrul pentru Modelul Standard. Modelul Standard, care a fost finalizată în 1970, descrie cu succes aproape toate particulele elementare observate până în prezent.

Noțiuni din vocabularul standard al metrologieiModificare

Metrologia a împrumutat din vocabularul fizicii unele noțiuni necesare ei. Organizația Internațională de Metrologie Legală (en) a definit aceste noțiuni în standardul OIML V 2-200 [6] a cărei traducere oficială în limba română este SR Ghid ISO/CEI 99: 2010.[7]

  • Ecuația mărimilor reprezintă relația matematică dintre mărimi într-un sistem de mărimi dat, independent de unitățile de măsură.
  • Ecuația unităților reprezintă relația matematică dintre unitățile fundamentale, unitățile derivate coerente sau alte unități de măsură.
  • Ecuația valorilor numerice este o relație matematică între valori numerice ale mărimilor, bazată pe o ecuație a mărimilor dată și pe unități de măsură specificate.

NoteModificare

  1. ^ Există probe care indică faptul că civilizații timpurii, datând chiar de dinainte de 3000 î.Hr., precum sumerienii, vechii egipteni și Civilizația de pe Valea Indului, aveau cunoștințe de bază privind mișcarea Soarelui, Lunii și stelelor și puteau prevedea unele fenomene.
  2. ^ Francis Bacon (1620), Novum Organum a fost important în dezvoltarea metodei științifice.
  3. ^ Krupp, E.C. (2003). „Echoes of the Ancient Skies: The Astronomy of Lost Civilizations.”. Dover Publications. ISBN 0-486-42882-6.. https://books.google.com/books?id=7rMAJ87WTF0C. Accesat la 31 martie 2014. 
  4. ^ SetThings. „Fizica. https://www.setthings.com/ro/fizica/. Accesat la 1 iulie 2017. 
  5. ^ {{cite web |author=Guicciardini, N. (1999) |title=Reading the Principia: The Debate on Newton's Methods for Natural Philosophy from 1687 to 1736. |publisher=Cambridge University Press.}
  6. ^ OIML, OIML V  2-200 International Vocabulary of Metrology – Basic and General Concepts and Associated Terms (VIM), ed. a 3-a, 2010
  7. ^ SR Ghid ISO/CEI 99: 2010; Vocabular internațional de metrologie – Concepte fundamentale și generale și termeni asociați (VIM), ASRO, 2010

Legături externeModificare

Vezi șiModificare