Acum cateva zeci de mii de ani, cunostintele se transmiteau de la o generatie la alta pe cale orala. De exemplu, porumbul se cultiva acum 9000 de ani in sudul Mexicului, inainte de inventarea scrisului. Intr-un mod similar, dovezile arheologice indica dezvoltarea unei bune cunostinte astronomice in societatile preliterate. Dezvoltarea scrisului a dus la posibilitatea ca aceste cunostinte sa fie pastrate si transmise mai departe cu o mai mare fidelitate.
Dezvoltarea agriculturii a dus la un surplus de mancare, permitand evolutia societatii pe mai multe planuri. Oamenii nu-si mai pierdeau timpul incercand doar sa supravietuiasca, ci isi permiteau sa fie devotati anumitor domenii ale cunoasterii.
Multe civilizatii colectau informatii astronomice intr-un mod sistematic, doar prin simpla observare. Desi nu aveau cunostinte de structura fizica a planetelor si a stelelor, oamenii au formulat diverse explicatii teoretice.
In Irak-ul de astazi, acum 5500 de ani, mesopotamienii au inventat primul sistem de numeratie si acum 3800 de ani, tot ei, au inventat tabla inmultirii.
In anul 585 i. Hr. utilizand proprietatile de divizibilitate a numerelor, Thales din Milet (636 – 546 i. Hr.) prezice o eclipsa de Soare.
Astazi, fizica joaca un rol important in viata noastra, in dezvoltarea economica si in educatie. Lumea moderna este intr-o legatura mult mai stransa cu acest domeniu decat a fost vreodata. Azi comunicam mai usor datorita internetului si a telefoniei mobile, calatorim mai usor, iar tehnologia construita ne usureaza viata de zi cu zi.
E suficient sa ne uitam in jurul nostru si sa observam beneficiile stiintei si a fizicii in special. In tarile dezvoltate, speranta de viata ajunge la 80 de ani, in timp ce in tarile sarace si putin dezvoltate este de doar 35 de ani.
In Paleoliticul superior, speranta de viata era de doar 30 de ani, iar cifra nu a mai crescut foarte mult pana la inceputul secolului 20. Acum 100 de ani, media era de 30-40 de ani, cu mici diferente in functie de tara. Astazi, s-a ajuns la o medie globala de 70 de ani, unde in Japonia durata de viata medie este de 81, iar la polul opus, in Swaziland (o tara mica din Africa) este de 39 de ani.
Fizica joaca un rol important in gasirea solutiilor la multe probleme cu care se confrunta specia umana. Alaturi de politica si factorii socio-economici, fizica poate transforma o societate.
Descoperirile si inventiile din acest domeniu sunt aplicate preponderent in inginerie, de exemplu in mijloacele de propulsie a vehiculelor, structura cladirilor, procesele de productie si tehnologia electronica. O mare parte dintre tehnologiile lumii moderne au fost elaborate gratie intelegerii principiilor fizicii. Cercetarile stiintifice din domeniul fizicii au generat inovatii-cheie, indispensabile tehnologiilor moderne.
Abordarea interdisciplinara a stiintei a condus la aparitia unor noi domenii de cercetare, precum chimie-fizica, biofizica, fizica atomica, fizica moleculara, fizica plasmei etc. Elaborarea unei teorii universale care sa includa toate teoriile existente a ramas un vis grandios, deocamdata inaccesibil fizicienilor.
Componentele elementare ale materiei
Conceptul de atom a fost propus pentru prima data de greci, acum doua milenii si abia in secolul 19, existenta atomilor a fost stabilita in mod indirect. In secolul 19, atomul se credea ca are o forma sferica si are o densitate mai mult sau mai putin uniforma. Fiind “indivizibil”, se credea ca este caramida care sta la baza materiei. “Atom” inseamna “indivizibil” si astazi stim ca nu este caramida fundamentala deoarece este constituita din mai multe unitati mai mici. Nucleul unui atom este compus din protoni si neutroni iar in 1897 s-a dovedit existenta electronilor. Pana atunci, electricitatea se credea ca reprezinta curgerea unui lichid decat a unor particule microscopice.
Acum 40 de ani, oamenii de stiinta credeau ca la baza materiei stau protonii, neutronii si electronii. De atunci, acceleratoarele de particule ne-au aratat ca protonii si neutronii, la randul lor, sunt construiti din mai multi quarcuri. Quarcul este o particula elementara care interactioneaza prin forta nucleara puternica si care constituie materia grea, numita si barionica. Ipoteza existentei quarcului a fost propusa de teoreticianul Murray Gell Mann in 1964.
Cu cat tehnologia a avansat, cu atat am putut privi mai in detaliu materia si cine stie cate alte particule microscopice vom descoperi. Nu doar la nivel microscopic orizontul nostru s-a marit, ci si la nivel macroscopic dupa cum vom vedea in continuare.
Mecanica cuantica
Una dintre cele mai mari realizari ale fizicii secolului 20 este descoperirea mecanicii cuantice. Mecanica cuantica guverneaza dinamica obiectelor microscopice precum a atomilor si electronilor. Una din principalele trasaturi ale acestui domeniu este incertitudinea. De exemplu, nu se stie pozitia exacta a unui electron intr-un atom, ci este determinata in mod probabilistic.
Mecanica cuantica descrie comportamentul materiei la nivelul atomic si subatomic, fenomene pe care fizica newtoniana si electromagnetismul clasic nici nu le pot explica. Este unul dintre pilonii fizicii moderne si formeaza baza pentru multe dintre domeniile sale, cum ar fi fizica atomica, fizica starii solide si fizica nucleara dar si ramuri inrudite precum chimia cuantica.
Fondatorii mecanicii cuantice au fost Max Planck, Erwin Schrodinger si Werner von Heisenber. Contributii importante au adus Max Born, Pascual Jordan, Wolfgang Pauli, Niels Bohr, Paul Dirac si John von Neumann. Aceste concepte ale mecanicii cuantice au fost elaborate intre 1926 si 1935.
Intelegerea Universului
Putini oameni realizeaza cat de mult s-a schimbat imaginea Universului in ultimii 100 de ani. La sfarsitul secolului 19, se credea ca Universul contine doar sute de mii de stele. Cele mai indepartate stele se credea ca se afla la 100.000 de ani lumina. Astazi, astronomii au observat obiecte la o distanta de 10 miliarde de ani lumina. Mai mult, ei au descoperit ca universul contine multe structuri interesante. Pana in 1920 nici nu cunosteam existenta galaxiilor. Galaxiile sunt grupuri mari de stele, grupate si localizate intr-o anumita regiune a Universului. O galaxie obisnuita contine 100.000.000.000 de stele si are o marime de 100.000 de ani lumina.
In ultimele trei decenii, astronomii au observat ca mai multe galaxii formeaza grupuri, structuri numite clustere. S-a estimat ca universul observabil contine 50 de miliarde de galaxii, iar numarul de stele este de aproximativ 5 milioane de miliarde. Marimea universului este greu de imaginat, fiind aproximata la 200 de miliarde de triliarde de kilometri, adica de 200.000 de ori mai mare decat s-a crezut in 1899. Dupa un secol de observari si descoperiri, acum avem o imagine mai rezonabila a Universului, si intelegem locul nostru in aceasta lume vasta.
Relativitatea speciala
Legile lui Newton ale mecanicii clasice nu numai ca esueaza la distante mici (unde mecanica cuantica ofera o descriere corecta) ci si la viteze mari. Relativitatea speciala a lui Albert Einstein, determina dinamica obiectelor ce calatoresc la viteze mari. Efectele relativitatii speciale sunt observate doar la obiecte ce calatoresc cu viteze apropiate de viteza luminii (300.000 de kilometri pe secunda). Faimoasa ecuatie E=mc2 arata ca o cantitate mica de masa produce o cantitate enorma de energie. Aceasta ecuatie sta la baza bombei atomice. Este de asemenea sursa de energie a stelelor. O consecinta interesanta a relativitatii speciale este unificarea timpului si a spatiului intr-o singura dimensiune: ce-a de-a patra dimensiune.
Relativitatea generala
O alta contributie majora in fizica a lui Albert Einstein este teoria generala a relativitatii. Aceasta teorie ofera detalii asupra naturii gravitatiei. Corpurile masive precum Pamantul sau Soarele cauzeaza spatiul-timpul sa se curbeze asemenea unei mingii de bowling asezata pe un pat moale. Doua consecinte ale relativitatii generale sunt gaurile negre si expansiunea universului.
Fortele subatomice
In secolul 18 erau cunoscute trei forte fundamentale: gravitatia, magnetismul si electricitatea. Pana la sfarsitul secolului 19 au ramas doar doua: forta magnetica si cea electrica au fost unificate dand nastere fortei electromagnetice. In 1899, fizicienii credeau ca exista doar doua forte: gravitatia si electromagnetismul. In secolul urmator s-au descoperit doua noi interactiuni fundamentale: forta nucleara tare si forta nucleara slaba. Acestea sunt subatomice, insemnand ca actioneaza la o scara foarte mica.
Forta nucleara slaba este responsabila pentru fenomenul de descompunere radioactiva. Fiind o forta de contact, isi face simtita prezenta atunci cand doua particule elementare sunt in contact sau la o distanta foarte mica.
Forta nucleara tare este cea mai puternica forta dintre cele 4 forte fundamentale si actioneaza pe distante extrem de mici. Ea este forta care tine alaturi, in cadrul nucleului atomic, protonii, neutronii si alte particule subatomice.
Istoria Universului
Cu cat timpul s-a scurs mai mult, am inteles mai bine cel ce a trecut. Omul a mers inainte, dar si-a intors intodeauna privirea spre trecut. Astazi putem privi in trecut pana la inceputul Universului. La sfarsitul secolului 19 se credea ca Universul are cateva sute de milioane de ani. Astazi este estimat la 15 miliarde de ani. Stim ca Pamantul are o varsta de 4,6 miliarde de ani, iar primele forme de viata pe Pamant au aparut acum 3 miliarde de ani.
In 1899, ideile lui Darwin au inceput sa fie acceptate de majoritatea oamenilor, insa se cunosteau foarte putine despre viata si evolutie in general. Astazi au fost realizate relatiile dintre diverse forme de viata pana la nivel de detalii.
La inceput, Universul a fost o concentrare de masa si energie. Pe masura ce s-a extins, a devenit mai rece. Forta gravitatiei a tinut materia grupata, formand stelele, galaxiile si clustere de galaxii. Procesul de formare a stelelor prin colapsare gravitationala continua si astazi.
Evolutia universului, a Pamantului si a vietii asa cum o stim este descrisa uimitor prin mai multe evenimente, in cartea “The Bible According to Einstein”.
La nivel microscopic am observat ca atomul nu este cea mai mica structura si am descoperit cele mai mici unitati ale materiei. La nivel macroscopic, am descoperit ca exista si alte sisteme solare si galaxii. De-a lungul timpului ne-am marit orizonturile de cercetare, iar curiozitatea umana ne indeamna sa rezolvam misterele lumii in care traim.
Va urma.
Vezi aici toate articolele din aceasta serie:
