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La storia della fisica


Nel tempo, le persone hanno sempre desiderato migliorare la loro comprensione dell'universo. La storia della fisica Obiettivo principale è ripercorrere le varie scoperte fatte dai fisici fin dalla preistoria. Quindi, attraverso i secoli, mostreremo quali sono state le principali evoluzioni che hanno permesso di basare la nostra attuale conoscenza dell'universo.

Le scienze fisiche all'inizio

Sappiamo che la fisica mette radici solo nella preistoria e nell'antichità. Grazie agli archeologi, sappiamo con certezza che gli uomini preistorici erano buoni osservatori. I monumenti, come quello del megalitico “Stonehenge”, ce ne forniscono la prova. Gli uomini della preistoria conoscevano questo ardente desiderio di saperne di più sul nostro universo e cercarono di riprodurre certi fenomeni, fondarono così il primo elemento di un processo scientifico che è l'osservazione.

Inoltre, i primi oggetti utilizzati per misurare il tempo hanno visto la loro comparsa in questo periodo della nostra storia. L'osso di Ishango, l'osso del rifugio Blanchard, ma anche Stonehenge e Carnac furono i primi strumenti in grado di misurare il tempo. Questo è l'inizio della fisica: la descrizione di certi meccanismi astronomici. La fisica dell'antichità, da parte sua, ci è nota in modo molto più preciso. Anche il tempo era una delle principali preoccupazioni. Lo gnomone, la clessidra e la meridiana sono eredità dell'antichità.

Ma al di là della misurazione del tempo, una conoscenza greca fu costituita con fisici come Archimede, Talete di Mileto o anche Erasthostène. Interessati alla materia e ai suoi fenomeni, la maggior parte di questi filosofi ha così avanzato la nostra comprensione dell'universo. La parola "atomo" deriva dal greco "atomon" che significa "indivisibile". Infatti, Democrito (-460 - -370 a.C.) presume che la materia sia composta da particelle separate da un vuoto. Queste particelle che si dice non si rompono, perché considerate come gli elementi più piccoli saranno chiamate atomi. "Infine i corpi che vediamo duri e massicci, devono la loro coerenza a corpi più uncinati, più intimamente legati ... Al contrario, sono corpi lisci e rotondi che formano corpi di natura liquida e fluida", dice. . Archimede (-287 - -212 a.C.) è designato oggi come il fondatore della meccanica statica: è all'origine di molte macchine di trazione, ma anche di alcune belliche, come la catapulta.

Ma è principalmente attraverso il suo lavoro sulla meccanica dei fluidi che è conosciuto. Dopo aver gridato "Eureka" secondo la leggenda, scopre le proprietà dei corpi immersi in un fluido, e così afferma il "principio di Archimede": Qualsiasi corpo immerso in un liquido (o un gas) riceve una spinta, che s 'esercita dal basso verso l'alto, e cioè uguale al peso del volume di liquido spostato. Questa spinta sarà chiamata "spinta di Archimede". Non citeremo qui tutti i fisici dell'antichità, ma è comunque opportuno interessarsi a Eratostene. Quest'ultimo ha calcolato la circonferenza della Terra dai menhir e usando una semplice matematica. Infatti, ipotizzando che i raggi del Sole siano paralleli, riesce a misurare a mezzogiorno ad Alessandria l'angolo dei raggi solari con la verticale (menhir) e trova 7 °. Allo stesso tempo a Syene, una città situata quasi sullo stesso meridiano, i raggi del sole non formano alcun angolo in un pozzo. Utilizzando una relazione di proporzionalità, ha dedotto la circonferenza terrestre di 40.349 km, un errore del 10% dal valore misurato oggi con precisione. Così la fisica progredisce e la conoscenza si accumula attraverso l'osservazione, la formulazione di ipotesi e lo sviluppo di teorie usando strumenti matematici.

Una progressione costante

Inizia il Medioevo e le guerre si moltiplicano. Invasioni, conquiste, guerre ... e la conoscenza greca accumulata dell'antichità è andata perduta, fatta eccezione per alcuni filosofi, come Boezio, che conservano parte del patrimonio scientifico dell'antichità attraverso il Quadrivio. Mentre l'Occidente è immerso in un periodo di oblio, la civiltà arabo-musulmana continua l'opera iniziata dai greci, in particolare preservando gli scritti delle scoperte, e riprendendo queste opere per approfondirle e fondare così una civiltà della conoscenza. : è l'età d'oro del progresso arabo-musulmano. L'invenzione dello zero da parte degli arabi provocò uno sconvolgimento nelle scienze matematiche e permise il progresso nel campo, come illustrato da algebra e scienziati come Averroè (1126-1198). L'astronomia è anche approfondita dall'invenzione di un primo telescopio acquatico da parte del fisico astronomo Alhazen (965-1039). Quest'ultimo riesce a spiegare fenomeni ottici come la Luna che appare più grande nel cielo in determinati momenti, o anche perché la Luna brilla. È anche il primo a parlare del fenomeno della rifrazione, idea che verrà ripresa dai fisici dei secoli successivi. Nella meccanica Alhazen afferma il principio di inerzia, che verrà ripreso in seguito da Galileo, e parla anche dell'attrazione delle masse, un'idea che sarà ripresa principalmente da Isaac Newton secoli dopo. Il Rinascimento ha visto molti scienziati rivoluzionare il mondo della scienza fisica. Viene Galileo (1564-1642), l'astronomo-fisico divenuto famosissimo per molte invenzioni come il telescopio astronomico. Il suo lavoro sulla dinamica gli insegna a comprendere il movimento dei pianeti. Inoltre, afferma il principio di inerzia che afferma che se un oggetto non è soggetto a nessuna forza oa forze la cui risultante è zero, il corpo in questione è a riposo o in moto rettilineo uniforme. Questo principio costituirà la prima legge di Newton pochi anni dopo. René Descartes (1596-1650), da parte sua, lavora più sull'ottica ed esprime matematicamente la legge di rifrazione della luce, e ovviamente quella della riflessione.

Ma il principale progresso del XVII secolo fu sicuramente l'opera dello scienziato Isaac Newton (1643-1723). Lavora in molti campi, come l'ottica, la meccanica e la matematica, e rivoluziona la nostra comprensione dell'Universo. Newton continua il lavoro di Descartes (e Snell) sulla rifrazione della luce: mostra che un prisma scompone la luce in diversi colori, e che sono questi colori a formare la luce bianca. Sta anche studiando la diffrazione e sarà l'inventore del telescopio di Newton che fornirà una vista e una visibilità migliori rispetto al telescopio astronomico di Galileo. In meccanica, Isaac Newton spiega matematicamente il movimento dei corpi, usando i vettori per modellare le forze. Stabilisce così tre leggi che in seguito verranno chiamate "leggi di Newton" e riesce a spiegare il funzionamento della gravità affermando la legge di gravitazione universale, che pubblicherà nella sua opera "I principi della filosofia naturale "grazie all'amico astronomo Halley (1656-1742). Infine Leibniz (1646–1716) fu un importante fisico del momento: le sue scoperte teoriche sulla conservazione dell'energia e la modellizzazione teorica delle dimensioni spaziali e temporali saranno state di grande utilità per gli scienziati che seguiranno.

Scienze fisiche post-newtoniane

Comprendiamo meglio energia e dinamica: cinematica e dinamica, verrà quindi creato un ramo che unisce i due sottocampi: la termodinamica. Come suggerisce il nome, che deriva dal greco antico "thermos": calore, e "dunamis": potere (da cui il nome dinamico), questo ramo delle scienze fisiche mette in relazione movimento ed energia ( il calore è solo un mezzo per trasportare l'energia). Con questo nuovo ramo della fisica, l'industria farà progressi (proprio nell'era industriale) e si svilupperanno le macchine a vapore. Appare anche un altro nuovo ramo: l'elettromagnetismo, con Maxwell (1831-1879). Questo nuovo ramo unifica l'elettricità con il magnetismo, e questo con semplici esperimenti (oltre che in teoria con la matematica): una corrente elettrica che scorre in un filo genera un campo magnetico. È il movimento degli elettroni liberi che crea un campo magnetico, contemporaneamente a una corrente elettrica. Ma la scoperta più importante del secolo sarà senza dubbio quella della misurazione della velocità della luce con l'interferometro da parte di due premi Nobel: Edward Morley (1838-1923) e Albert Abraham Michelson (1852-1931) . Notano che la velocità della luce è la stessa in tutti i quadri di riferimento dello stesso mezzo, una scoperta che crea uno sconvolgimento nelle dinamiche. Infatti, un osservatore che si muove ad alta velocità, e un osservatore fermo, in un certo quadro di riferimento, vedrà passare un fotone alla stessa velocità, il che è contrario alla dinamica della fisica: un osservatore che si muove nella stessa senso del fotone ad alta velocità, dovrebbe vederlo progredire meno rapidamente di un osservatore a riposo (in un certo quadro di riferimento) [1]. Questo può essere spiegato solo con il principio della contrazione della lunghezza, di cui Fitzgerald (1851-1901) e Lorentz (1853-1928) sono all'origine. La meccanica classica è quindi contraddetta.

Non è stato fino a Einstein (1879-1955) per conciliare questa sorprendente scoperta con la meccanica. Nel 1905 pubblicò la sua teoria della relatività speciale che dimostra che se la velocità della luce non cambia, un movimento segue da una deformazione dello spazio e del tempo. Quindi mostra che lo spazio e il tempo non sono costanti, ma si dilatano e si contraggono, da qui l'esperienza immaginata dei gemelli Langevin (1872-1946) la cui vecchiaia sarebbe diversa a seconda che fossero viaggiare ad alta velocità o meno (in relazione a un determinato benchmark) [1]. La relatività generale sviluppata tra il 1907 e il 1915 da Einstein riconcilierà la relatività speciale con una teoria della gravità. Infatti Albert mostra che la gravitazione è secondo lui solo una deformazione dello spazio-tempo. Come una palla che mettiamo su un telo di gomma, la deformazione di quest'ultimo genererebbe un'attrazione perché un corpo segue le linee gravitazionali che chiamiamo geodetiche.

La relatività generale ridurrà il campo di applicazione della meccanica newtoniana, quest'ultima non più funzionante per corpi che si muovono ad altissima velocità. Porterà anche a nuovi concetti, come il buco nero, che sono stati recentemente rilevati. Anche il fisico Hubble (1889-1953) mostrerà che le galassie si allontanano l'una dall'altra (contrariamente a quanto la meccanica newtoniana potrebbe farci credere) da qui l'idea dell'espansione dell'Universo, continua ad un evento che si chiamerà "Big Bang". Nel campo della meccanica quantistica, Ernest Rutherford (1871-1937) porterà a scoperte straordinarie in fisica nucleare. Ha scoperto i raggi ionizzanti come la radioattività, i raggi alfa e i raggi beta. La sua esperienza con l'atomo d'oro metterà in luce l'esistenza di un nucleo che riunisce le cariche positive dell'atomo e responsabile della sua massa.

Al giorno d'oggi

La fisica ha quindi una solida base per consentire nuove scoperte e nuove invenzioni. Resta ancora da risolvere l'incompatibilità tra meccanica quantistica e relatività generale, che sono radicalmente diverse. Tutte le scoperte degli ultimi duecento anni sembrano portare allo stesso punto, a convergere, da qui l'idea di una teoria del tutto, e di un'equazione maestra che è attualmente oggetto di intense ricerche da parte dei fisici. . I computer e le macchine consentono alla fisica di muoversi più velocemente e con maggiore precisione. Recentemente l'apertura del LHC ("Large Hardron Collider") al CERN ("European Council for Nuclear Research", ufficialmente: "European Organization for Nuclear Research") consentirà i segreti di materia e forse anche di ricostituire l'Universo ai suoi inizi, insomma, ci promette molte sorprese. Grazie alla matematica, all'informatica e alla tecnologia, le scienze fisiche continuano a progredire e la storia di questa magnifica scienza continua a essere scritta ...

[1] Si parla sempre di movimento rispetto a un quadro di riferimento (solido considerato fisso)

Bibliografia

- Jean Rosmorduc, Una storia della fisica e della chimica. Points Sciences, 1985.

- Jean Perdijon, Storia della fisica. Dunod, 2008.


Video: Niels Bohr e la fisica quantistica (Potrebbe 2021).