Od fizyki klasycznej do współczesnej

W XVII wieku naukowcy zaczęli zadawać sobie pytanie: czy na pewno teorie wyjaśniające jak działa to co nas otacza , są prawdziwe? Galileusza, włoskiego astronoma i matematyka, nie zadowalały wyjaśnienia typu „bo tak mówi papież” albo „bo tak robimy od czasów Arystotelesa”. We Francji filozof Kartezjusz posunął się tak daleko w kwestionowaniu tego, czego można być pewnym, że w końcu jedyną rzeczą, jakiej był pewien było jego własne istnienie. „Myślę, więc jestem”, lub po łacinie „Cogito, ergo sum”. Anglik, Francis Bacon, także interesował się zasadami, które wyjaśniają w jaki sosób nabywamy wiedzę o otaczającym nas świecie. Bacon jest jednym z twórców postępowania badawczego, które do dziś nazywamy metodą naukową.

Opiera się ono na formułowaniu założeń, które następnie systematycznie testuje się w drodze eksperymentów. Gdy rzeczywistość nie działa zgodnie z założeniami, towarzyszące im poglądy odrzuca się i tworzy nowe, które znowu są testowane. W 1642 czyli w roku śmierci Galileusza, w Anglii urodził się Isaac Netwon. Podważył on tradycyjne i intuicyjne poglądy w fizyce prawdopodobnie bardziej, niż ktokolwiek inny w historii fizyki. Poprzez eksperymenty oraz całkowicie nowe obliczenia odkrył prawa natury w wielu różnych obszarach.

Obecnie Isaaca Newtona kojarzymy chyba głównie z wyjaśnieniem zjawiska grawitacji, czyli siły przyciągania, która sprawia, że jabłko spada na ziemię i która sprawia,że Księżyc krąży po swojej orbicie wokół Ziemi. Isaac Newton także jako pierwszy poprawnie wyjaśnił, w jaki sposób siła, masa i ruch odziaływują na siebie. Fizykę, która rozwinęła się w tym okresie nazywamy fizyką klasyczną lub też, aby uczcić starego dobrego Newtona, fizyką newtonowską. Fizyka klasyczna do dzisiaj doskonale się sprawdza, gdy istnieje potzeba wyjaśnienia zjawisk, z którymi się spotkykamy w życiu codziennym. Nadal korzystamy z zasad dynamiki Newtona przy obliczaniu swobodnego spadku ciał lub kiedy wysłamy satelity w kosmos.

Jeśli chodzi o wielkości i prędkości, do których przywykliśmy, obliczenia Newtona są niesamowicie precyzyjne. Kiedy jednak analizujemy bardzo małe przedmioty, takie jak pojedyncze atomy, a nawet mniejsze, dzieje się coś dziwnego. W świecie miniaturowych obiektów, wśród protonów, neutronów i elektronów, rządzą całkowicie inne prawa natury niż te przedstawiane w fizyce newtonowskiej. I tu przychodzi nam z pomocą mechanika kwantowa. Mechanika kwantowa to, delikatnie mówiąc, dziwaczna dziedzina fizyki.

W mechanice kwantowej cząsteczka może istnieć, a jednocześnie nie znajdować się w żadnym określonym miejscu. Na przykład elektron to cząsteczka, której pozycję opisać można tylko przy użyciu prawdopodobieństwa, a nie przez podanie dokładnego położenia. Mechanika kwantowa jest często sprzeczna z naszym intuicyjnym pojmowaniem fizyki. Może jednak być tak samo fascynująca i niezwykła, gdy spróbujemy ją pojąć. Fizyka klasyczna, nie ma zastosowania przy bardzo małych odległościach, zawodzi również, gdy analizujemy rzeczy przemieszczające się z bardzo dużą prędkością.

Pociąg jedzie z prędkością 100 kilometrów na godzinę, i ktoś biegnie po jego dachu w kierunku jazdy pociągu z prędkością 10 kilometrów na godzinę. W stosunku do ziemi osoba ta przemieszcza się w tempie 110 kilometrów na godzinę, ponieważ 100 dodać 10 to 110. Na razie wszystko jasne, ale gdyby ta osoba stała na dachu pociągu i włączyła latarkę kierując jej światło do przodu, wtedy światło przemieszczałoby się z taką samą prędkością, jak gdyby osoba ta stała na ziemi. Zadziwiające, prawda? Aby poradzić sobie z prędkościami zbliżonymi do prędkości światła potrzebna nam specjalna teoria Einsteina, teoria względności, która, podobnie jak fizyka kwantowa, niezbyt dobrze pasuje do naszego codziennego, intuicyjnego pojmowania fizyki.

Fizykę można podzielić na trzy ogólne kategorie. Najpierw mamy fizykę przedklasyczną. Nazywamy ją fizyką arystotelesowską. Główną rolę odgrywa w niej intuicja, której towarzyszą tradycja i religia. Później, w XVII wieku, ludzie tacy jak Galileusz, Newton i inni postawili fizykę arystotelesowską na głowie.

Z pomocą eksperymentów i obliczeń matematycznych wykształciła się fizyka klasyczna. Następnie, 300 lat później, na początku XX wieku, fizyka klasyczna także została podważona. To utorowało drogę do powstania fizyki współczesnej, w tym mechaniki kwantowej i teorii względności. To wszystko może przyprawić o zawrót głowy. Mamy jednak wiele powodów do wdzięczności ponieważ kręte dzieje fizyki doprowadziły do wielu odkryć bez których nie moglibyśmy np.

słuchać muzyki na imprezie. Tak naprawdę nie trzeba cofać się daleko w czasie, żeby odczuć brak wszystkich przydatnych rzeczy, które zawdzięczamy fizyce.