Història de la física
La història de la física intenta explicar la naturalesa i els fenòmens que, des de la més remota antiguitat, les tracten de comprendre: el pas de les estacions, el moviment dels cossos i dels astres, els fenòmens climàtics, les propietats dels materials, etc. Les primeres explicacions van aparèixer en l'antiguitat i es basaven en consideracions purament filosòfiques, sense verificar experimentalment. Algunes interpretacions falses, com la feta per Ptolemeu en el seu famós Almagest ("La Terra és al centre del Univers i al voltant d'ella giren els astres") van perdurar durant segles.
Taula de continguts |
Diferències de la física elemental [modifica]
Al segle XVI Galileu va ser pioner en l'ús d'experiències per validar les teories de la física. Es va interessar en el moviment dels astres i dels cossos. Utilitzant instruments com el pla inclinat, va descobrir la llei de la inèrcia de la dinàmica, i amb l'ús d'un dels primers telescopi es va observar que Júpiter tenia satèl·lits girant al seu voltant i les taques solars de Sol. Aquestes observacions demostraven el model heliocèntric de Nicolau Copèrnic i el fet que els cossos celestes no són perfectes i immutables. En la mateixa època, les observacions de Tycho Brahe i els càlculs de Johannes Kepler van permetre establir les lleis que governen el moviment dels planetes al Sistema Solar.
L'any 1687 Newton va publicar els Principis Matemàtics de la Natura (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica), una obra en la qual es descriuen les lleis clàssiques de la dinàmica conegudes com: Lleis de Newton, i la llei de la gravitació universal de Newton. El primer grup de lleis permetia explicar la dinàmica dels cossos i fer prediccions del moviment i equilibri de cossos, la segona llei permetia demostrar les lleis de Kepler del moviment dels planetes i explicar la gravetat terrestre (d'aquí el nom de gravetat universal ). En aquesta època es va posar de manifest un dels principis bàsics de la física, les lleis de la física són les mateixes en qualsevol punt del Univers. El desenvolupament per Newton i Leibniz del càlcul matemàtic proporcionar les eines matemàtiques per al desenvolupament de la física com a ciència capaç de fer prediccions. En aquesta època van desenvolupar els seus treballs físics com Robert Hooke i Christian Huygens estudiant les propietats bàsiques de la matèria i de la llum.
A finals del segle XVII la física comença a influir en el desenvolupament tecnològic permetent al seu torn un avanç més ràpid de la pròpia física.
El desenvolupament instrumental (telescopis, microscopi es i altres instruments) i el desenvolupament de proves cada vegada més sofisticats van permetre obtenir grans èxits com la mesura de la massa de la Terra a l'experiment de la balança de torsió.
També apareixen les primeres societats científiques com la Royal Society a Londres l'any 1660 i la Académie des sciences a París l'any 1666 com a instruments de comunicació i intercanvi científic, tenint en els primers temps de les dues societats un paper preeminent les ciències físiques.
- Portades de dues obres cabdals de la Revolució científica
-
Sidereus Nuncius , Galilei, 1610.
El segle XVIII: Termodinàmica i òptica [modifica]
A partir del segle XVIII Boyle, Young i altres van desenvolupar la termodinàmica. L'any 1733 Bernoulli va usar arguments estadístics, juntament amb la mecànica clàssica, per extreure resultats de la termodinàmica, iniciant la mecànica estadística. L'any 1798 Thompson va demostrar la conversió del treball mecànic en calor i el 1847 Joule va formular la llei de conservació de l'energia.
En el camp de l'òptica el segle va començar amb la teoria corpuscular de la llum de Newton exposada en la seva famosa obra Opticks . Encara que les lleis bàsiques de l'òptica geomètrica havien estat descobertes algunes dècades abans el segle XVIII va ser ric en avenços tècnics en aquest camp produint les primeres lents acromàtiques, mesurant-se per primera vegada la velocitat de la llum i descobrint la naturalesa espectral de la llum. El segle va concloure amb el cèlebre experiment de Young de 1801 en el qual es posava de manifest la interferència de la llum demostrant la naturalesa ondulatòria d'aquesta.
El segle XIX: Electromagnetisme i l'estructura atòmica [modifica]
La investigació física de la primera meitat del segle XIX va estar dominada per l'estudi dels fenòmens de l'electricitat i el magnetisme. Coulomb, Luigi Galvani, Faraday, Ohm i molts altres físics famosos estudiar els fenòmens dispars i contraintuitivos que s'associen a aquest camp. L'any 1855 Maxwell va unificar les lleis conegudes sobre el comportament de l'electricitat i el magnetisme en una sola teoria amb un marc matemàtic comú mostrant la natura unida del electromagnetisme. Els treballs de Maxwell en l'electromagnetisme es consideren sovint equiparables als descobriments de Newton sobre la gravitació universal i es resumeixen amb les conegudes, equacions de Maxwell, un conjunt de quatre equacions capaç de predir i explicar tots els fenòmens electromagnètics clàssics . Una de les prediccions d'aquesta teoria era que la llum és una ona electromagnètica. Aquest descobriment de Maxwell proporcionaria la possibilitat del desenvolupament de la ràdio (comunicacions) unes dècades més tard per Heinrich Hertz l'any 1888.
L'any 1895 Roentgen va descobrir els raigs X, ones electromagnètiques de freqüències molt altes. Gairebé simultàniament, Henri Becquerel descobria la radioactivitat l'any 1896. Aquest camp es va desenvolupar ràpidament amb els treballs posteriors de Pierre Curie, Marie Curie i molts altres, donant inici a la física nuclear i al començament de l'estructura microscòpica de la matèria.
L'any 1897 Thomson va descobrir el electró, la partícula elemental que transporta el corrent en els circuits elèctrics proposant l'any 1904 un primer model simplificat de l'àtom.
El segle XX: La segona revolució de la física [modifica]
El segle XX va estar marcat pel desenvolupament de la física com ciència capaç de promoure el desenvolupament tecnològic. A principis d'aquest segle els físics consideraven tenir una visió gairebé completa de la natura. No obstant això aviat es van produir dues revolucions conceptuals de gran calat: El desenvolupament de la teoria de la relativitat i el començament de la mecànica quàntica.
L'any 1905 Albert Einstein, va formular la teoria de la relativitat especial, en la qual el espai i el temps s'unifiquen en una sola entitat, el espai-temps. La relativitat formula equacions diferents per a la transformació de moviments quan s'observen des de diferents sistemes de referència inercials a aquelles donades per la mecànica clàssica. Les dues teories coincideixen a velocitats petites en relació a la velocitat de la llum. L'any 1915 va estendre la teoria especial de la relativitat per a explicar la gravetat, formulant la teoria general de la relativitat, la qual substitueix la llei de la gravitació de Newton.
L'any 1911 Rutherford va deduir l'existència d'un nucli atòmic carregat positivament a partir d'experiències de dispersió de partícules. Als components de càrrega positiva d'aquest nucli se'ls va anomenar protons. Els neutrons, que també formen part del nucli però no tenen càrrega elèctrica, els va descobrir Chadwick l'any 1932.
En els primers anys del segle XX Planck, Einstein, Bohr i altres van desenvolupar la teoria quàntica per tal de explicar resultats experimentals anòmals sobre la radiació dels cossos. En aquesta teoria, els nivells possibles d'energia passen a ser discrets. L'any 1925 Heisenberg i el 1926 Schrödinger i Dirac formular la mecànica quàntica, en la qual expliquen les teories quàntiques precedents. A la mecànica quàntica, els resultats de les mesures físiques són probabilístics, la teoria quàntica descriu el càlcul d'aquestes probabilitats.
La mecànica quàntica va subministrar les eines teòriques per a la física de la matèria condensada, la qual estudia el comportament dels sòlids i els líquids, incloent fenòmens com ara estructura cristal·lina , semiconductivitat i superconductivitat. Entre els pioners de la física de la matèria condensada s'inclou Bloch, que va desenvolupar una descripció mecano-quàntica del comportament dels electrons en les estructures cristal (1928).
La teoria quàntica de camps es va formular per estendre la mecànica quàntica de manera consistent amb la teoria especial de la relativitat. Va arribar la seva forma moderna a la fi dels 1940 gràcies al treball de Feynman, Schwinger, Tomonaga i Dyson. Ells van formular la teoria de la electrodinàmica quàntica, en la qual es descriu la interacció electromagnètica.
La teoria quàntica de camps subministrar les bases per al desenvolupament de la física de partícules, la qual estudia les forces fonamentals i les partícules elementals. L'any 1954 Yang i Mills van desenvolupar les bases del model estàndard de física de partícules. Aquest model es va completar en els anys 1970 i amb ell es descriuen gairebé totes les partícules elementals observades.
La física del segle XXI [modifica]
La física segueix enfrontant-se a grans reptes, tant de caràcter pràctic com teòric, al començament del segle XXI. L'estudi dels sistemes complexos dominats per sistemes d'equacions no lineals, tal com la meteorologia o les propietats quàntiques dels materials que han possibilitat el desenvolupament de nous materials amb propietats sorprenents. A nivell teòric la astrofísica ofereix una visió del món amb nombroses preguntes obertes en tots els seus fronts, des de la cosmologia fins a la formació planetària. La física teòrica continua els seus intents de trobar una teoria física capaç d'unificar totes les forces en un únic formulisme en el que seria una teoria del tot. Entre les teories candidates hem de citar la teoria de supercordes.
Vegeu també [modifica]
Bibliografia [modifica]
 |
Caldria contextualitzar les obres citades al cos de l'article. Aquest article té una llista de referències o d'enllaços externs, però les fonts no queden clares. Podeu millorar aquest article precisant cadascuna d'aquestes obres en citacions i referències a frases o paràgrafs concrets. |
- Udías Vallina, Agustín. Història de la física: d'Arquímedes a Einstein. Editorial Síntesi, 2004. ISBN 978-84-9756-176-1.
- Sánchez del Río, Carlos. Història de la física: fins al segle XIX. Reial Acadèmia de Ciències Exactes, Físiques i Naturals, 1984. ISBN 978-84-600-3372-1.
- Truesdell, C.. Assaigs d'Història de la Mecànica. Editorial Tecnos, 1975. ISBN 978-84-309-0597-3.
Enllaços externs [modifica]
- Zapata Marín, Oswaldo. «Il Saggiatore: Passages on the History of Physics», 2009. [Consulta: 15 setembre 2009].
