Utilizare
Cursuri: 0
Publicare RED: 0
Publicare articole în reviste: 420
Servicii AI: 0
Fascinația Fizicii
În evoluția istorică a culturii și civilizației, omenirea a acumulat un tezaur vast de cunoștințe, care a fost transmis și îmbogățit de la o generație la alta. Personalități ilustre, precum Aristotel (384 î.Hr -322 î. Hr.), Isaac Newton (1643–1727), James Clerk Maxwell (1831-1879), Max Planck (1858–1947) și Albert Einstein (1879–1955), au adăugat câte o cărămidă la construcția edificiului magnific al culturii universale.
Până la Aristotel, nu s-a făcut distincţie între filosofie şi ştiinţă, abordarea realităţii obiective fiind unitară la vremea respectivă. Pe măsura acumulării datelor ştiinţifice şi a diversificării concepţiilor filosofice, au apărut numeroase modele de interpretare a devenirii și structurării Existenţei pe diverse nivele de organizare a materiei, de la microcosmos, la macrocosmos şi megacosmos.
Spre deosebire de filosofie, implicată în cunoaşterea generalizată a Existenţei, ştiinţa se raportează prin cauze şi legi la analiza proceselor şi fenomenelor din realitatea obiectivă.
Un loc aparte în știință îl are Fizica (din cuvântul grec physis = natură), disciplină care studiază structura, proprietăţile, legile, formele de mișcare (mecanică, termică, electromagnetică) și transformările materiei.
Primele cunoștințe de fizică trebuie căutate la gânditorii din Grecia antică, de la primele încercări ale lui Thales și Democrit de a caracteriza materia, până la cartea “Fizica” a lui Aristotel, în care acesta a analizat și definit mișcarea din punct de vedere filosofic.
Fizica a fost cunoscută drept filosofie naturală până la sfârșitul secolului al XVIII-lea, după care a devenit disciplină distinctă de filosofie, având propria metodă de cercetare, cu mențiunea că bazele fizicii moderne au fost puse în perioada Renaşterii (sec.XV-XVI) și amplificate în secolele următoare, pe măsura apariției și dezvoltării sistemului capitalist, care a promovat încrederea în om şi în posibilităţile sale, dreptul său la gândire şi acţiune liberă, cercetarea cu veneraţie a operelor marilor gânditori din cultura greacă şi romană, schimbul de idei la scară planetară, dezvoltarea fără precedent a tehnicii și tehnologiei .
În cunoașterea Existenței, s-a pus accent pe ramurile ştiinţei legate de formele simple ale mişcării cereşti şi terestre. Nicolaus Copernicus a inițiat heliocentrismul, concepţie care atribuie un rol central Soarelui în Univers, fiind un pas important în separarea ştiinţei de religie.
Galileo Galilei a formulat conceptul de lege ştiinţifică, a subliniat valoarea experimentului în cercetare, a descoperit legile pendulului şi principiul inerţiei, a pus bazele cinematicii. Confecționându-şi o lunetă, a studiat corpurile cereşti, munţii de pe Lună, sateliţii planetei Jupiter, petele solare.
Legile mişcării planetelor au fost descoperite de Kepler, iar explicarea acestora a fost dată de către Newton, genialul savant care domină întreaga gândire modernă, prin cercetări profunde şi multilaterale în diverse domenii (matematică, fizică, chimie, astronomie, filosofie) .
În celebra lucrare “Principiile matematice ale filozofiei naturale”, prin formularea principiilor dinamicii şi a legii atracţiei universale, a fundamentat mecanica terestră şi a corpurilor cereşti. Împreună cu Leibniz, este considerat creatorul calculului diferenţial şi integral.
În domeniul opticii, Newton a studiat dispersia luminii (descompunerea luminii albe în componente monocromatice) şi a construit telescopul cu oglindă, care are avantajul că nu prezintă aberaţii cromatice.
Pentru meritele sale deosebite a fost ales membru la Royal Society din Londra, precum şi membru fondator al Academiei de Ştiinte din Franţa. La Trinity College, unde a ţinut regulat cursuri de matematică, i s-a ridicat un monument pe care s-a săpat un text din opera lui Lucrețiu “Qui genus humanum supervit” (Cu mintea lui depăşea speţa omenească).
Tot în Epoca modernă se descoperă legea transformării izoterme a gazelor (Robert Boyle, Edme Mariotte), legea refracţiei luminii (Snellius, Descartes), se măsoară presiunea atmosferică (Evangelista Toricelli), se studiază transmiterea presiunii prin fluide (B.Pascal), deformaţiile elastice ale corpurilor (Robert Hooke), bazele mecanicii analitice sunt puse odată cu calculul variaţional (L.Euler, J.L. Lagrange, A. Legendre).
Se fac cercetări în teoria cinetico-moleculară a gazelor de către Daniel Bernoulli, fizician care are şi meritul fundamentării hidrodinamicii, prin studiul curgerii lichidelor din conducte, iar în domeniul electricităţii se exprimă cantitativ interacţiunile dintre sarcinile electrice (Charles-Auguste Coulomb), se construieşte pila galvanică de către Alessandro Volta, considerată cea dintâi sursă practică de curent electric.
Bazele electromagnetismului au fost puse de fizicianul englez James Clerk Maxwell (1831-1879), care este considerat, alături de Isaac Newton şi Albert Einstein, unul din cei mai prodigioşi savanţi din toate timpurile.
Pornind de la ideile lui M. Faraday, J.C. Maxwell a elaborat în lucrarea “Tratat despre electricitate şi magnetism” teoria macroscopică a câmpului electromagnetic pentru corpurile în repaus, teorie pe care H. Hertz a extins-o apoi la corpurile în mişcare.
La baza teoriei lui Maxwell asupra câmpului electromagnetic se află două constatări obţinute experimental, și anume:
• în jurul unui câmp magnetic variabil ia naştere un câmp electric ale cărui linii sunt închise;
• în jurul unui câmp electric variabil ia naştere un câmp magnetic ale cărui linii sunt închise.
Secolul al XX-lea a reprezentat un salt uriaș în dezvoltarea fizicii prin apariția teoriei relativității și a mecanicii cuantice.
Albert Einstein este un deschizător de drumuri în cercetarea ştiinţifică a realităţii obiective, fiind considerat cel mai mare savant al tuturor timpurilor. El a revoluţionat cunoaşterea printr-o nouă viziune despre spaţiu, timp, cauzalitate, gravitaţie, radiaţie, univers etc. În demersul cognitiv a pus în evidenţă rolul modelelor matematice , al experienţei şi intuiţiei în abordarea realităţii obiective, a analizat natura ipotetică a principiilor ştiinţei şi a corelat conceptul de obiectivitate cu invarianţa legilor fizice .
Principalele sale lucrări ştiinţifice sunt: “Electrodinamica corpurilor în mişcare”(1905), “Fundamentele teoriei generale a relativităţii”(1916), “Geometria şi experienţa”(1921), “Teoria unitară a câmpului fizic”(1929), “Fizica şi realitatea”(1936), “Evoluţia fizicii”(1938).
Anul 1905 poate fi luat ca reper în activitatea de cercetare ştiinţifică a lui Einstein. Pe lângă susţinerea doctoratului cu o dizertaţie despre dimensiunile moleculelor, a publicat trei articole ştiinţifice importante, prin care a fundamentat teoria mişcării browniene, a explicat efectul fotoelectric extern pe baza ipotezei propagării luminii sub formă de flux de fotoni şi a elaborat teoria relativităţii restrânse prin generalizarea principiului relativităţii mecanice la întreaga fizică şi postularea invarianţei vitezei luminii în vid faţă de orice sistem de referinţă inerţial.
Genialul savant a fost capabil să descrie unitar şi coerent fenomenele fizice în diverse sisteme de referinţă inerţiale, prin abordarea novatoare a măsurării spaţiului şi timpului, fără să se raporteze la natura concretă a substanţei şi a radiaţiei, precum şi la modul cum acestea interacţionează. Einstein a depăşit cu succes contradicţia dintre mecanica newtoniană şi teoria Maxwell a câmpului electromagnetic, mai precis, legile mecanicii clasice sunt invariante faţă de transformările Galilei, spre deosebire de legile electrodinamicii clasice, a căror formă este dependentă de viteza de mişcare a sistemelor de referinţă inerţiale.
În teoria relativităţii restrânse, trecerea de la un sistem de referinţă inerţial la altul este exprimată analitic prin transformările lui Lorentz. Unele consecinţe ale acestor transformări, precum contracţia lungimilor pe direcţia de mişcare şi dilatarea timpului, sunt dificil de acceptat la nivel intuitiv.
În anul 1916, Einstein a prezentat teoria relativităţii generalizate, concepţie care extinde studiul fenomenelor fizice la sisteme de referinţă accelerate.
La baza acestei teorii se află două afirmaţii:
1). Postulatul covarianţei generale a legilor fizicii. Ecuaţiile prin care se exprimă legile fizicii au aceeaşi formă în toate sistemele de referinţă, indiferent de starea lor de mişcare.
2). Postulatul echivalenţei locale. Într-un domeniu infinitezimal, câmpul gravitaţional este echivalent cu câmpul forţelor de inerţie al unui sistem de referinţă local, accelerat convenabil.
Altfel spus, un observator care se află într-un laborator izolat nu poate determina experimental dacă se află în repaus într-un câmp gravitaţional sau laboratorul se mişcă accelerat într-o regiune lipsită de câmp gravitaţional. Acest postulat a fost sugerat de constatarea experimentală că masa inertă şi masa gravitaţională sunt egale.
Teoria relativităţii generale a fost verificată experimental prin unele consecinţe ale sale, precum: curbarea razelor de lumină în câmpuri gravitaţionale intense, deplasarea gravitaţională spre roşu a liniilor spectrale, deplasarea gravitaţională a periheliului planetelor, efect care face ca traiectoriile acestora să capete forma unei rozete.
Fenomenele fizice din microcosmos în care se manifestă aspectul corpuscular al luminii(efectul fotoelectric, efectul Compton, emisia şi absorbţia radiaţiei de către substanţă), comportarea ondulatorie a microparticulelor şi cuantificarea mărimilor fizice, în particular a energiei, sunt fenomene care nu pot fi explicate riguros în cadrul fizicii clasice, ci doar al fizicii cuantice, teorie modernă care a marcat secolul al XX-lea prin schimbări fundamentale în cunoașterea comportamentului microparticulelor.
Extinderea dualismului undă - corpuscul de la radiaţie la substanţă a fost sugerată în 1923 de fizicianul francez Louis de Broglie: ”Dacă în teoria luminii s-a neglijat aproape un secol aspectul corpuscular pentru a i se ataşa în exclusivitate doar aspectul de undă, oare nu s-a comis eroarea inversă în cazul substanţei? Nu s-a greşit oare, neglijând aspectul de undă pentru a se considera aspectul corpuscular al substanţei?”.
Ideea genială la care a ajuns savantul francez se referă la posibilitatea de a descrie comportarea microparticulelor cu ajutorul undelor asociate.
Verificarea experimentală a undei asociate a fost făcută în anul 1927 de către Davisson şi Germer, prin difracţia pe un cristal de nichel a unui fascicul de electroni obţinuţi de la un tun electronic, rezultate pentru care ingenioşii cercetători au fost răsplătiţi cu premiul Nobel.
Pasul hotărâtor în elaborarea mecanicii cuantice a fost făcut de E.Schrödinger, care a propus în 1926 o ecuaţie diferenţială cu derivate parţiale pentru determinarea funcţiei de undă.
Semnificaţia fizică a funcţiei de undă a reprezentat o provocare cognitivă pentru comunitatea ştiinţifică. Schrödinger a propus o interpretare materială a funcţiei de undă (particula fiind identificată cu un pachet de unde), însă s-a impus în final interpretarea statistică dată de M. Born şi W. Heisenberg, conform căreia modulul la pătrat al funcţiei de undă este proporţional cu probabilitatea de localizare a microparticulei în unitatea de volum din spaţiu.
Este bine de precizat că, pe lângă varianta ondulatorie (Broglie, Schrödinger), prezentată anterior, există şi varianta matriceală (Heisenberg, Dirac) a mecanicii cuantice. Cele două forme sunt echivalente, deşi abordarea matematică a mărimilor fizice este diferită.
În aceste vremuri dificile pentru învățământ, pentru a sprijini elevii din liceu, am realizat lucrarea “Sinteze de fizică”, pe care o puteți accesa prin link-ul http:/
Ministerul Educaţiei