Aristoteleen ajoista klassiseen fysiikkaan

Mistä kaikki on tehty? Miksi taivas on sininen? Sammuuko aurinko joskus? Mitä tapahtuu, kun salama iskee? Miten valo kulkee niin paljon nopeammin kuin ääni?

Miksi omena putoaa puusta maahan eikä suoraan ylös? Ja miten tuo omena muuttuu energiaksi, jota voi käyttää kiivetäkseen siihen puuhun? Nämä ovat kysymyksiä, jotka kuuluvat kaikki fysiikkaan. Kysymyksiä aineesta, valosta, sähköstä, liikkeestä, energiasta. Kysymyksiä ajasta, tilasta, syy- ja seuraussuhteesta.

Kautta historian ihmiset ovat yrittäneet selvittää, kuinka luonto toimii. Jokapäiväisen elämän kokemusten pohjalta olemme muodostaneet ymmärryksen luonnon perustana olevista laeista ja periaatteista. Vaikkei olisi koskaan opiskellut fysiikkaa koulussa, voi silti tuntea, kuinka asiat toimivat. Meillä kaikilla on intuitiivinen tieto luontoa säätelevistä laeista. Esimerkiksi, tarvitaan enemmän ponnistelua suuren kuin pienen kiven nostamiseen, ja jos pudottaa jotain, se putoaa maahan.

Ja että valolla ja lämmöllä on jotain yhteistä. Mutta tässä intuitiivisessa fysiikassa on ongelmia. Ensinnäkin, se johtaa meitä joskus harhaan. Se ei vain yksinkertaisesti ole aina oikeassa. Ja toiseksi, on paljon kysymyksiä, joihin ei saa vastausta vain kokemalla jokapäiväistä elämää.

Ja kun entisaikojen ihmiset eivät saaneet yhtään hyviä vastauksia, he keksivät omia vastauksia. Taivaan ajateltiin olevan jättimäinen kulho ja tähtien siinä olevia pieniä reikiä, joista valo paistaa läpi. Maa on puolestaan suuri laatta, joka lepää neljän norsun päällä. Mikseivät norsut putoa? No, ne tietenkin seisovat jättimäisen kilpikonnan päällä!

Kun tapahtui jotain sellaista, joka ei johtunut suoraan ihmisen toiminnasta, pääteltiin, että asioihin liittyivät paholaiset, jumalat tai henget. Muinaisessa Kreikassa, josta suuri nykypäivän filosofiaa ja matematiikkaa on peräisin, ihmiset miettivät paljon näitä kysymyksiä. Kysymyksiä, jotka näemme osana fysiikkaa. Yksi tuon ajan suurimmista filosofeista, Aristoteles, havainnoi kenen tahansa muunkin tavoin, että kivi putoaa maahan, kun sen pudottaa. Hänen selityksensä oli, että kivi on osa luontoa, ja sen vuoksi se haluaa kovasti yhdistyä jälleen maahan.

Aristoteles ajatteli paljolti samalla tavoin kuusta ja planeetoista, että niillä oli sisäinen halu liikkua pyöreissä kiertoradoissa. Suurinta osaa Aristoteleen ajatuksista pidettiin totuutena suunnilleen seuraavat 2000 vuotta. Aristotelilainen fysiikka sopi melko hyvin siihen, miten ihmiset spontaanisti kokivat asioiden toimivan. Se sopi hyvin yhteen intuitiivisen fysiikan ymmärtämisen kanssa. Useimpien ihmisten intuitio sanoo, esimerkiksi, että raskas esine putoaa nopeammin kuin kevyempi.

Vaikka jopa yksinkertainen koe on tarpeeksi osoittamaan tämän vääräksi, kesti 1500-luvulle asti, ennen kuin italialainen tiedemies Galileo Galilei osoitti, mitä oikeasti tapahtuu. Raskas rautapallo putoaa aivan yhtä nopeasti kuin kevyt, puusta tehty pallo. Tieteessä tämä oli uuden aikakauden alku. Enää ei sallittu intuition, dogmien, perinteen tai uskonnon määritellä sitä, mikä on totta ja mikä ei. Uusi tapa selittää asioita perustuen kokeiluun, logiikkaan ja vanhojen totuuksien kyseenalaistamiseen alkoi levitä.

Mutta tätä eivät tietenkään kaikki arvostaneet. Kun Galileo Galilei selitti, että Maa kiertää aurinkoa eikä toisinpäin - kuten Aristoteles uskoi - hänen kimppuunsa hyökkäsivät Paavi ja katolinen kirkko. Galileo pakotettiin kieltämään hänen tieteelliset päätelmänsä kidutuksen uhalla, ja hänet laitettiin kotiarestiin. Mutta Galileon mittaukset, laskelmat ja perustelut levisivät, ja ne olivat niin vakuuttavia, että katolinen kirkko ei onnistunut pysäyttämään uusien oivallusten leviämistä. Nyt alkaneella aikakaudella tiedemiehet alkoivat kyseenalaistaa vanhoja totuuksia, ja monet fysiikan arvoitukset saivat uusia ja parempia selityksiä.