Η ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΜΙΑ ΠΟΡΕΙΑ 2500 ΧΡΟΝΩΝ ΣΕ 12 ΛΕΠΤΑ

Ζούμε σε μία εποχή που πραγματικά απολαμβάνουμε τους καρπούς και τα αποτελέσματα της επιστήμης.  Έχετε αναρωτηθεί όμως ποια ήταν η πορεία των γεγονότων που μας οδήγησε στο σήμερα;  Πως από την περίοδο της φυσικής φιλοσοφίας φτάσαμε στην επιστήμη της φυσικής;  Αν ναι τότε πάμε μαζί να δούμε μία πορεία δυόμισι χιλιάδων χρόνων σε λίγα λεπτά!

ΑΡΧΑΙΑ ΕΛΛΑΔΑ

Η ιστορία που θα αφηγηθούμε μας περιγράφει τον τρόπο της εξέλιξης των ιδεών της φυσικής ξεκινώντας από εποχές όπου οι αρμόδιοι για να δώσουν απαντήσεις σε ερωτήματα όπως, ποιες είναι οι δυνάμεις και οι νόμοι που διέπουν τα φυσικά φαινόμενα, ήταν ιερείς και φτάνοντας μέχρι την σύγχρονη επιστήμη και τον τρόπο που αυτή λειτουργεί.  Η πρώτη μας στάση όπως μπορείτε να φανταστείτε βρίσκεται στην Aρχαία Eλλάδα μιας  και οι αρχαίοι Έλληνες ήταν ιστορικά οι πρώτοι που επιχείρησαν μία συστηματική συλλογή γνώσης,  με λίγους περιορισμούς από τα ιερατεία, στηριζόμενοι στον ορθολογισμό και όχι στην διαίσθηση. Έτσι λοιπόν κάνουν την εμφάνισή τους οι πρώτοι φυσικοί φιλόσοφοι.  Τους φυσικούς φιλοσόφους απασχόλησαν κατεξοχήν  δυο θέματα.  Το πρώτο αφορούσε την σύσταση της ύλης ενώ το δεύτερο τα αστρονομικά φαινόμενα.

ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΥΛΗΣ-ΦΥΣΙΚΟΙ ΦΙΛΟΣΟΦΟΙ

Η αφήγηση μας λοιπόν αξίζει να αρχίσει με τους φυσικούς φιλοσόφους της Ιωνίας οι οποίοι κατέθεσαν διάφορες προτάσεις σχετικά με τα συστατικά της ύλης.  Το 625 π.χ. περίπου έχουμε τον Θαλή τον Μιλήσιο, έναν από τους αρχαιότερους των προσωκρατικών φιλοσόφων,  ο οποίος υποστήριζε πως το ύδωρ είναι η αρχή όλων των πραγμάτων.  Λίγο αργότερα ο Αναξίμανδρος,  μαθητής του Θαλή,  θεωρεί πως η αρχή των πάντων είναι το άπειρο.  Βέβαια κατά την δική του θεώρηση το άπειρο είναι υλικό χωρίς να έχει περιορισμούς στον χώρο και στον χρόνο αλλά δεν ταυτιζόταν με κάποια γνωστή εμπειρική ύλη.  500 περίπου προ Χριστού και ο λόγος στον Ηράκλειτο.  Ο Ηράκλειτος πίστευε στην προαιώνια ύπαρξη του κόσμου,  ο κόσμος δηλαδή για αυτόν ήταν ένα ενιαίο σύνολο το οποίο ούτε γεννήθηκε αλλά ούτε και θα χαθεί και περιγράφεται ως μία ζωντανή φωτιά.  το αείζωον  πυρ όπως το αναφέρει.  Το πυρ λοιπόν για τον Ηράκλειτο διανύει μία κυκλική πορεία κατά την οποία μεταμορφώνεται σε θάλασσα και έπειτα σε γη και στη συνέχεια η διαδικασία αντιστρέφεται από γη σε θάλασσα και από θάλασσα σε πυρ, μια διαδικασία δηλαδή με συνεχή αέναη κίνηση.  Και ερχόμαστε σε δύο φυσικούς φιλοσόφους οι οποίοι εισάγουν τον τρόπο σκέψης πως για να ανακαλύψουμε την απλότητα του φυσικού κόσμου θα πρέπει να την αναζητήσουμε σε μικροσκοπικό επίπεδο.  Και φυσικά αναφέρομαι στους Λευκίππου και Δημόκριτο, οι οποίοι υποστηρίζουν πως η ύλη αποτελείται από αδιαίρετα και άφθαρτα μικρά σωματίδια τα οποία ονομάζονται άτομα.

ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑ ΚΑΙ ΑΡΧΑΙΟΤΗΤΑ

Σημαντική ήταν επίσης η συνεισφορά και στην αστρονομία ξεκινώντας από τον Αρίσταρχο τον Σάμιο, ο οποίος μάλιστα ήταν από τους πρώτους που πρότεινε το ηλιοκεντρικό μοντέλο.  Έπειτα έχουμε τον Αρίσταρχο, ο οποίος περί το 220 π.χ. εφηύρε τον σφαιρικό αστρολάβο και όπως ενδεχομένως γνωρίζετε οι περισσότεροι υπολόγισε την περιφέρεια της γης και μάλιστα με μεγάλη ακρίβεια.  Αρκετά αργότερα τον 2ο αιώνα μετά Χριστόν μία προσωπικότητα αξία αναφοράς είναι ο Πτολεμαίος,  ο οποίος εισήγαγε το γεωκεντρικό μοντέλο ή όπως είναι γνωστό ως Πτολεμαίκο,  σύστημα που τοποθετεί την Γη στο κέντρο και τον ήλιο με τους υπόλοιπους πλανήτες να περιστρέφονται γύρω από αυτήν.  Ένα σύστημα που δυστυχώς κυριάρχησε στην αστρονομία για περίπου 1.400 χρόνια ακόμη μέχρι την εμφάνιση του Νικόλαου Κοπέρνικου.  Αλλά πριν φύγουμε από την αρχαιότητα πέραν των δύο αυτών των μεγάλων θεμάτων της ύλης και της αστρονομίας να αποδώσουμε φόρο τιμής και σε μια μεγαλοφυΐα της μηχανικής και της υδροστατικής και το όνομα αυτού Αρχιμήδης!  Και θα κλείσουμε αυτήν την περίοδο της προϊστορίας της φυσικής με τον Αριστοτέλη,  έναν από τους μεγαλύτερους φιλοσόφους της αρχαιότητας,  ο οποίος στο έργο του φυσικής ακροάσεως κατέγραψε τις ιδέες του για τα φυσικά φαινόμενα και ασχολήθηκε κατεξοχήν με το πρόβλημα της κίνησης των σωμάτων.  Υπό το πρίσμα όλων αυτών των τοποθετήσεων των φυσικών φιλοσόφων που αναφέραμε θα χρειαστεί να περάσουν αρκετοί αιώνες μέχρι κάτι να ταράξει τα νερά και να αρχίσει μία νέα περίοδος για την επιστήμη της φυσικής κάνοντας την μετάβαση από την φυσική φιλοσοφία στην φυσική επιστήμη.

ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΕΠΑΝΑΣΤΑΣΗ

Η χρονολογία σταθμός η οποία θεωρείται και η αρχή της επιστημονικής επανάστασης είναι το 1543 όπου εκδίδεται το έργο του αστρονόμου Νικόλαου Κοπέρνικου με τίτλο περι της στροφής των ουρανίων σφαιρών.  Το έργο αυτό αποτέλεσε την βάση για την εξέλιξη της σύγχρονης αστρονομίας.  Στο σύγγραμμά αυτό ο Κοπέρνικος υποστήριζε την ηλιοκεντρική θεωρία το γεγονός δηλαδή πως η γη και τα άλλα σώματα του ηλιακού μας συστήματος περιστρέφονται γύρω από τον ήλιο ερχόμενος σε σύγκρουση φυσικά με το γεωκεντρικό μοντέλο του Πτολεμαίου.

Ο ΠΑΤΕΡΑΣ ΤΗΣ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ

Το 1564 στην Πίζα της Ιταλίας γεννιέται ο άνθρωπος που δικαίως θα χαρακτηριστεί ως ο πατέρας της σύγχρονης επιστήμης, αναφέρομαι φυσικά στον Γαλιλαίο! Ο λόγος που επάξια κέρδισε αυτόν τον τίτλο είναι πώς ο Γαλιλαίος πρωτοστάτησε στην καθιέρωση των πειραματικών μεθόδων με σκοπό να επαληθεύσει διάφορες φυσικές θεωρίες.  Ήταν ο πρώτος ουσιαστικά που εισήγαγε στην επιστημονική έρευνα την πειραματική μεθοδολογία. Επίσης σημαντική ήταν η συνεισφορά του και στις αστρονομικές παρατηρήσεις.  Ο  Stephen Hawking μάλιστα δήλωσε πως ο Γαλιλαίος ίσως περισσότερο από κάθε άλλον ήταν υπεύθυνος για τη γέννηση της σύγχρονης επιστήμης.

ISAAC NEWTON ΚΑΙ PRINCIPIA

H επόμενη μνημειώδης χρονολογία που θα σταθούμε είναι το 1687 όπου ο φυσικός Ισαάκ Νεύτων,  δημοσιεύει το περίφημο έργο του το Principia, στο οποίο περιγράφει δικές του ανακαλύψεις στην μηχανική και την αστρονομία προκειμένου να δημιουργήσει ένα σύστημα για την περιγραφή των λειτουργιών του σύμπαντος.  Στο principia ο Νεύτωνας διατυπώνει τους τρεις νόμους κίνησης καθώς επίσης και τον νόμο της παγκόσμιας έλξης προκειμένου να εξηγήσει τις κινήσεις όχι μόνο των επίγειων σωμάτων αλλά και των ουρανίων.  Σημαντική ήταν επίσης η συνεισφορά του και στον τομέα της οπτικής

Η ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ

Από το 1950 μέχρι το 1700 έχουμε και την ανάπτυξη στον τομέα της θερμοδυναμικής με πρώτο τον Otto von Guericke  ο οποίος το 1650 κατασκευάζει την πρώτη αντλία κενού και μελετητής επίσης της ατμοσφαιρικής πίεσης.  Aκολουθούν μεγάλα ονόματα όπως Robert Boyle,  Robert Hooke,  Gay- Lussac,  οι οποίοι συνεισέφεραν τα μέγιστα για την διατύπωση των νόμων περί των ιδανικών αερίων.  Φτάνοντας στο 1697 όπου ο Άγγλος εφευρέτης και μηχανικός Thomas Savery  θα φτιάξει την πρώτη μηχανή.  Το 1700 η  ιστορία υποδέχεται τον ελβετό μαθηματικό και φυσικό Daniel Bernoulli το όνομα του οποίου ταυτίστηκε με την εξίσωση που φέρει το όνομα του.  Μελετητής της υδροδυναμικής με το θεμελιώδες θεώρημα που διατύπωσε να ταυτίζεται με την διατήρηση της ενέργειας στην περίπτωση των ρευστών.

19^Ος  ΑΙΩΝΑΣ-ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ

Μπαίνουμε στον 19ο αιώνα όπου η έρευνα των ηλεκτρικών και των μαγνητικών φαινομένων έχει την τιμητική της.  Το 1800, με το καλημέρα σας,  ο Αλεσάντρο Βόλτα εφήυρε την  ηλεκτρική μπαταρία γεγονός που βοήθησε κατά πολύ στον τρόπο που θα μελετηθεί το ηλεκτρικό ρεύμα.  Έπειτα ακολουθεί ένα υπέροχο ντόμινο ανακαλύψεων αρχής γενομένης το 1820 με τον Hans Christian Oersted  και το διάσημο πείραμα του με τη μαγνητική βελόνα κατά το οποίο διαπίστωσε πως όταν ένας αγωγός διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα τότε γύρω από αυτόν δημιουργείται μαγνητικό πεδίο.  Υπό το πρίσμα αυτής της διατύπωσης που Ampere  ανακαλύπτει πως δύο αγωγοί που διαρρέονται από ρεύμα ασκούν ο ένας στον άλλον δυνάμεις και το 1821 ο μεγάλος Michael Faraday κατασκευάζει τον πρώτο κινητήρα,  τον πρώτο ηλεκτρικό κινητήρα.  Πέντε χρόνια αργότερα το 1826 ο Γερμανός φυσικός Georg Ohm,  διατυπώνει των διάσημο νόμο του  Ohm,  μέσα στον οποίον βλέπουμε την σχέση τάσης, έντασης ηλεκτρικού ρεύματος και αντίστασης σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα.  Το 1831 ο Μichael Faraday ξαναχτυπά και αποδεικνύει την αλληλεξάρτηση των ηλεκτρικών και των μαγνητικών φαινομένων διατυπώνοντας τον νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής,  έναν φυσικό νόμο που προβλέπει το πώς θα αλληλεπίδραση ένα μαγνητικό πεδίο με ένα κύκλωμα παράγοντας μία ηλεκτρεργετική  δύναμη από επαγωγή. Και φυσικά ένας από τους μεγαλύτερους πρωταγωνιστές του αιώνα αυτού είναι ο James Clerk Maxwell ο οποίος διατύπωσε μία σειρά εξισώσεων δείχνοντάς μας την άρρηκτη σχέση του ηλεκτρισμού με τον μαγνητισμό καθώς επίσης και την ηλεκτρομαγνητική φύση του φωτός.  Ένα πλήθος από ασύνδετα εκ πρώτης όψεως φαινόμενα τα οποία βρίσκουν ερμηνεία και σύνδεση μέσα από τις εξισώσεις αυτές, τις υπέροχες εξισώσεις του Maxwell.

ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΙ ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ

Και καθώς πλησιάζουμε προς το κλείσιμο του 19ου αιώνα βλέπουμε πως η φυσική έχει φτάσει σε τρομερά επίπεδα εξέλιξης καθώς η κλασική μηχανική μπορεί να αντιμετωπίσει εξαιρετικά πολύπλοκα προβλήματα σε μακροσκοπικό επίπεδο,  επίσης ο τομέας της θερμοδυναμικής έχει φτάσει σε ένα καλό επίπεδο πληρότητας και ο κλάδος του ηλεκτρομαγνητισμού επίσης.  Οπότε τι;;;  Μένει κάτι ακόμα να γίνει;;;  Πολλά!  Ξεκινώντας από τρεις χρονολογίες back-to-back όπου επιστήμονες θα ανιχνεύσουν νέα είδη ακτινοβολίας.  1895 ο Βίλχελμ Ρέντγκεν Γερμανός μηχανικός και φυσικός παρήγαγε και ανίχνευσε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ενός συγκεκριμένου μήκους κύματος την οποία αποκαλούμε ακτίνες-χ.  Το 1896 ο Ανρί Μπεκερέλ ανακαλύπτει πως ορισμένα είδη ύλης εκπέμπουν από μόνα τους ακτινοβολία και το 1897 ο Joseph John Thompson ανακαλείται το ηλεκτρόνιο. Έτσι λοιπόν υπό το πρίσμα όλων αυτών των φυσικών φαινομένων όπως η ραδιενέργεια,  οι ακτίνες Χ,  οι αποκαλύψεις της εσωτερικής δομής του ατόμου και η πειραματική παρατήρηση του ηλεκτρονίου θα αρχίσουν να φανερώνουν σιγά-σιγά την αδυναμία της κλασικής μηχανικής στο να δώσει ερμηνεία για αρκετά θέματα με αποκορύφωμα ένα από τα πειράματα που είναι γνωστό ως πείραμα michelson- morley,  από τους Μichelson και  Μorley, το οποίο με λίγα λόγια έδειξε πως η ταχύτητα του φωτός δεν έχει καμία εξάρτηση από την κίνηση του παρατηρητή και της πηγής γεγονός που ερχόταν σε πλήρη σύγκρουση με την κλασική μηχανική.  Και κάπως έτσι η ιστορία υποδέχεται τον νεαρό τότε Αlbert Εinstein με την ειδική θεωρία της σχετικότητας,  σύμφωνα με την οποία όλοι οι νόμοι της φύσης είναι ίδιοι σε όλα τα αδρανειακα συστήματα και η ταχύτητα του φωτός είναι ίδια σε όλα τα αδρανειακά συστήματα,  με ότι φυσικά απορρέει αυτό.  Και καθώς βρισκόμαστε στις αρχές του 1900 την παράσταση κλέβει η μεγάλη πρωταγωνίστρια, η κβαντική φυσική!  Εδώ και πάλι τα πράγματα ξεκινούν με την αδυναμία της κλασικής φυσικής να δώσει ερμηνεία σε πειράματα που σχετίζονται με την απορρόφηση ακτινοβολίας από την ύλη και ειδικότερα την ακτινοβολία του μέλανος σώματος.  Έτσι στην ιστορία θα εμφανιστούν κάποια γιγάντια ονόματα όπως Niels Bohr,  Max Planck,  Erwin Schrodinger,  Rutherford,  Pauli  και πολλά πολλά ακόμα που θα καθορίσουν την πορεία της μετέπειτα εξελίξεις της κβαντικής φυσικής.  Για πληροφορίες περαιτέρω μπορείτε να διαβάσετε το άρθρο για την ιστορία της κβαντικής φυσικής!