A história da física

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Com o tempo, as pessoas sempre quiseram melhorar sua compreensão do universo. A história da física principal objetivo é reconstituir as várias descobertas feitas pelos físicos desde os tempos pré-históricos. Assim, ao longo dos tempos, mostraremos quais foram as principais evoluções que tornaram possível fundamentar nosso conhecimento atual do universo.

As ciências físicas no começo

Sabemos que a física só cria raízes nos tempos pré-históricos e na antiguidade. Graças aos arqueólogos, sabemos com certeza que os homens pré-históricos eram bons observadores. Monumentos, como o do megalítico “Stonehenge” são disso prova. Os homens da pré-história conheceram este desejo ardente de saber mais sobre o nosso universo e procuraram reproduzir certos fenómenos, fundaram assim o primeiro elemento de um processo científico que é a observação.

Além disso, os primeiros objetos usados para medir o tempo viram seu aparecimento durante este período de nossa história. O osso de Ishango, o osso do abrigo Blanchard, mas também Stonehenge e Carnac foram os primeiros instrumentos que puderam medir o tempo. Este é o começo da física: a descrição de certos mecanismos astronômicos. A física da antiguidade, por sua vez, é conhecida por nós de uma maneira muito mais precisa. O tempo também era uma grande preocupação. O gnômon, a clepsidra e o relógio de sol são legados da antiguidade.

Mas, além da medida do tempo, um conhecimento grego foi constituído por físicos como Arquimedes, Tales de Mileto ou mesmo Erasthostène. Interessados na matéria e seus fenômenos, a maioria desses filósofos avançou, assim, nossa compreensão do universo. A palavra "átomo" vem do grego "átomo", que significa "indivisível". Na verdade, Demócrito (-460 - -370 aC) assume que a matéria é composta de partículas separadas por um vácuo. Essas partículas, ditas não quebráveis, por serem consideradas os menores elementos, serão chamadas de átomos. “Por fim, os corpos que vemos duros e maciços, devem a sua coerência a corpos mais enganchados, mais intimamente ligados ... Pelo contrário, são corpos lisos e redondos que formam corpos de natureza líquida e fluida”, afirma. . Arquimedes (-287 - -212 aC) é referido hoje como o fundador da mecânica estática: ele está na origem de muitas máquinas de tração, mas também de algumas de guerra, como a catapulta.

Mas é principalmente por seu trabalho em mecânica dos fluidos que ele é conhecido. Tendo gritado "Eureka" de acordo com a lenda, ele descobre as propriedades dos corpos imersos em um fluido, e assim afirma o "princípio de Arquimedes": Qualquer corpo imerso em um líquido (ou gás) recebe um impulso, que é 'exerce de baixo para cima, e isso é igual ao peso do volume de líquido deslocado. Esse push será chamado de "push de Arquimedes". Não citaremos aqui todos os físicos da Antiguidade, mas é, no entanto, aconselhável interessar-se por Eratóstenes. Este último calculou a circunferência da Terra a partir de pedras verticais e usando matemática simples. De fato, supondo que os raios do Sol sejam paralelos, ele consegue medir ao meio-dia em Alexandria o ângulo dos raios solares com a vertical (menir) e encontra 7 °. Ao mesmo tempo, em Syene, uma cidade localizada quase no mesmo meridiano, os raios do Sol não formam nenhum ângulo em um poço. Usando uma relação de proporcionalidade, ele deduziu a circunferência da Terra de 40.349 km, um erro de 10% do valor medido hoje com precisão. Assim, a física progride e o conhecimento se acumula por meio da observação, da formulação de hipóteses e do desenvolvimento de teorias usando ferramentas matemáticas.

Uma progressão constante

A Idade Média começou e as guerras se multiplicaram. Invasões, conquistas, guerras ... e o conhecimento grego acumulado da Antiguidade está perdido, exceto por alguns filósofos, como Boécio, que mantém alguma herança científica da Antiguidade através do Quadrivium. Enquanto o Ocidente está mergulhado em um período de esquecimento, a civilização árabe-muçulmana continua o trabalho iniciado pelos gregos, em particular mantendo os escritos das descobertas e retomando esses trabalhos para aprofundá-los e assim fundar uma civilização do conhecimento. : é a idade de ouro do progresso árabe-muçulmano. A invenção do zero pelos árabes causou uma reviravolta nas ciências matemáticas e permitiu avanços na área, conforme ilustram a álgebra e cientistas como Averróis (1126-1198). A astronomia também é aprofundada com a invenção de um primeiro telescópio aquático pelo astrônomo físico Alhazen (965-1039). Este último consegue explicar fenômenos ópticos como a Lua que aparece maior no céu em determinados momentos, ou mesmo porque a Lua brilha. Ele também é o primeiro a falar do fenômeno da refração, uma ideia que será retomada pelos físicos nos séculos seguintes. Na mecânica, Alhazen afirma o princípio da inércia, que mais tarde será retomado por Galileu, e também fala da atração das massas, ideia que será retomada principalmente por Isaac Newton séculos depois. O Renascimento viu muitos cientistas revolucionarem o mundo da ciência física. Vem Galileu (1564-1642), o astrônomo-físico que se tornou muito famoso por muitas invenções, como o telescópio astronômico. Seu trabalho em dinâmica o ensina a compreender o movimento dos planetas. Além disso, afirma o princípio da inércia que afirma que se um objeto não está sujeito a qualquer força ou a forças cuja resultante é zero, então o corpo em questão está em repouso ou em movimento retilíneo uniforme. Esse princípio constituirá a primeira lei de Newton alguns anos depois. René Descartes (1596-1650), por sua vez, trabalhou mais na ótica e expressou matematicamente a lei da refração da luz e, obviamente, da reflexão.

Mas o maior progresso do século 17 foi certamente o trabalho do cientista Isaac Newton (1643-1723). Ele atua em vários campos, como ótica, mecânica e matemática, e revoluciona nossa compreensão do Universo. Newton continua o trabalho de Descartes (e Snell) sobre a refração da luz: ele mostra que um prisma decompõe a luz em várias cores, e que são essas cores que formam a luz branca. Ele também está estudando difração e será o inventor do telescópio de Newton, que permitirá melhor visão e visibilidade do que o telescópio astronômico de Galileu. Na mecânica, Isaac Newton explica o movimento dos corpos matematicamente, usando vetores para modelar forças. Assim, ele estabelece três leis que serão chamadas mais tarde de "leis de Newton" e consegue explicar o funcionamento da gravidade afirmando a lei da gravitação universal, que publicará em sua obra "Os princípios da filosofia natural "graças a seu amigo, o astrônomo Halley (1656-1742). Finalmente, Leibniz (1646-1716) foi um físico importante do momento: suas descobertas teóricas sobre a conservação de energia e a modelagem teórica das dimensões espaciais e temporais terão sido de grande utilidade para os cientistas que virão a seguir.

Ciências físicas pós-newtonianas

Compreendemos melhor a energia e a dinâmica: cinemática e dinâmica, então será criado um ramo que une os dois subdomínios: termodinâmica. Como o próprio nome sugere, que vem do grego antigo "thermos": calor, e "dunamis": poder (daí o nome dinâmico), este ramo das ciências físicas relaciona movimento e energia ( o calor é apenas um meio de transporte de energia). Com esse novo ramo da física, a indústria progredirá (justamente na era industrial) e as máquinas a vapor se desenvolverão. Outro novo ramo também aparece: eletromagnetismo, com Maxwell (1831-1879). Este novo ramo unifica eletricidade com magnetismo, e isso com experimentos simples (bem como em teoria com matemática): uma corrente elétrica fluindo em um fio gera um campo magnético. É o movimento dos elétrons livres que cria um campo magnético, ao mesmo tempo que uma corrente elétrica. Mas a descoberta mais importante do século será, sem dúvida, a da medição da velocidade da luz com o interferômetro por dois ganhadores do Prêmio Nobel: Edward Morley (1838-1923) e Albert Abraham Michelson (1852-1931) . Eles observam que a velocidade da luz é a mesma em todos os referenciais do mesmo meio, uma descoberta que cria uma reviravolta na dinâmica. Na verdade, um observador se movendo em alta velocidade, e um observador parado, em um determinado quadro de referência, verá um fóton passar na mesma velocidade, o que é contrário à dinâmica da física: um observador se movendo na mesma sentido do fóton em alta velocidade, deve vê-lo progredir menos rapidamente do que um observador em repouso (em um determinado quadro de referência) [1]. Isso só pode ser explicado com o princípio da contração do comprimento, do qual Fitzgerald (1851-1901) e Lorentz (1853-1928) estão na origem. A mecânica clássica é, portanto, contestada.

Não foi até Einstein (1879-1955) para reconciliar essa descoberta surpreendente com a mecânica. Em 1905, ele publicou sua teoria da relatividade especial que prova que, se a velocidade da luz não muda, um movimento se segue a uma deformação do espaço e do tempo. Assim, ele mostra que o espaço e o tempo não são constantes, mas se dilatam e se contraem, daí a experiência imaginada dos gêmeos Langevin (1872-1946), cuja velhice seria diferente dependendo se fossem. viajar em alta velocidade ou não (em relação a um determinado benchmark) [1]. A relatividade geral desenvolvida entre 1907 e 1915 por Einstein reconciliará a relatividade especial com a teoria da gravitação. Na verdade, Albert mostra que a gravitação é, segundo ele, apenas uma deformação do espaço-tempo. Como uma bola que colocamos em uma folha de borracha, a deformação desta geraria uma atração porque um corpo segue as linhas gravitacionais que chamamos de geodésicas.

A relatividade geral reduzirá o campo de aplicação da mecânica newtoniana, esta deixando de funcionar para corpos que se movem em altíssima velocidade. Também levará a novos conceitos, como o buraco negro, que foi detectado recentemente. Também o físico Hubble (1889-1953) mostrará que as galáxias se afastam umas das outras (ao contrário do que a mecânica newtoniana poderia nos levar a acreditar) daí a ideia da expansão do Universo, continuou para um evento que será denominado "Big Bang". No campo da mecânica quântica, Ernest Rutherford (1871-1937) levará a descobertas extraordinárias em física nuclear. Ele descobriu raios ionizantes como radioatividade, raios alfa e raios beta. Sua experiência com o átomo de ouro destacará a existência de um núcleo que reúne as cargas positivas do átomo e responsáveis por sua massa.

Hoje em dia

A física, portanto, tem uma base sólida para permitir novas descobertas e novas invenções. Ainda falta resolver a incompatibilidade entre a mecânica quântica e a relatividade geral, que são radicalmente diferentes. Todas as descobertas dos últimos duzentos anos parecem conduzir ao mesmo ponto, a convergir, daí a ideia de uma teoria de tudo e de uma equação-mestra que atualmente é objeto de intensas pesquisas dos físicos. . Computadores e máquinas permitem que a física se mova com mais rapidez e precisão. Recentemente, a abertura do LHC ("Large Hardron Collider") no CERN ("Conselho Europeu de Pesquisa Nuclear", oficialmente: "Organização Europeia para Pesquisa Nuclear") permitirá que os segredos de matéria e talvez até reconstituir o Universo em seus primórdios, enfim, ela nos promete muitas surpresas. Graças à matemática, à ciência da computação e à tecnologia, as ciências físicas continuam avançando, e a história desta magnífica ciência continua a ser escrita ...

[1] Sempre falamos de movimento em relação a um quadro de referência (sólido considerado como fixo)