Die Sammlungen

Die Geschichte der Physik


Im Laufe der Zeit wollten die Menschen immer besser ihr Verständnis des Universums verbessern. Die Geschichte der Physik Hauptziel ist es, die verschiedenen Entdeckungen der Physiker seit prähistorischen Zeiten nachzuvollziehen. So werden wir im Laufe der Jahrhunderte zeigen, was die wichtigsten Entwicklungen waren, die es ermöglicht haben, unser aktuelles Wissen über das Universum zu finden.

Die Naturwissenschaften am Anfang

Wir wissen, dass die Physik nur in prähistorischen Zeiten und in der Antike Wurzeln schlägt. Dank Archäologen wissen wir mit Sicherheit, dass prähistorische Männer gute Beobachter waren. Denkmäler wie das Megalith „Stonehenge“ belegen dies. Die Männer der Vorgeschichte kannten diesen brennenden Wunsch, mehr über unser Universum zu erfahren, und versuchten, bestimmte Phänomene zu reproduzieren. Sie gründeten damit das erste Element eines wissenschaftlichen Prozesses, nämlich die Beobachtung.

Auch die ersten Objekte, mit denen die Zeit gemessen wurde, tauchten in dieser Zeit unserer Geschichte auf. Der Knochen von Ishango, der Knochen des Blanchard-Tierheims, aber auch Stonehenge und Carnac waren die ersten Instrumente, die die Zeit messen konnten. Dies ist der Beginn der Physik: die Beschreibung bestimmter astronomischer Mechanismen. Die Physik der Antike ihrerseits ist uns viel genauer bekannt. Zeit war auch ein großes Anliegen. Der Gnomon, die Clepsydra und die Sonnenuhr sind Vermächtnisse aus der Antike.

Über die Zeitmessung hinaus wurde mit Physikern wie Archimedes, Thales von Milet oder sogar Erasthostène ein griechisches Wissen gebildet. Die meisten dieser Philosophen haben sich für Materie und ihre Phänomene interessiert und damit unser Verständnis des Universums erweitert. Das Wort "Atom" kommt aus dem Griechischen "Atomon" und bedeutet "unteilbar". In der Tat nimmt Demokrit (-460 - -370 v. Chr.) An, dass Materie aus Partikeln besteht, die durch ein Vakuum getrennt sind. Diese Teilchen, von denen gesagt wird, dass sie nicht brechen, weil sie als kleinste Elemente betrachtet werden, werden Atome genannt. "Schließlich verdanken die Körper, die wir hart und massiv sehen, ihre Kohärenz mehr hakenförmigen, enger verbundenen Körpern ... Im Gegenteil, sie sind glatte und runde Körper, die Körper flüssiger und flüssiger Natur bilden", sagt er. . Archimedes (-287 - -212 v. Chr.) Wird heute als Begründer der statischen Mechanik bezeichnet: Er ist der Ursprung vieler Traktionsmaschinen, aber auch einiger Kriegsschiffe wie des Katapults.

Bekannt ist er aber vor allem durch seine Arbeit zur Strömungsmechanik. Nachdem er der Legende nach "Eureka" gerufen hat, entdeckt er die Eigenschaften von Körpern, die in eine Flüssigkeit eingetaucht sind, und gibt damit das "Archimedes-Prinzip" an: Jeder Körper, der in eine Flüssigkeit (oder ein Gas) eingetaucht ist, erhält einen Schub, der s 'von unten nach oben, und das ist gleich dem Gewicht des verdrängten Flüssigkeitsvolumens. Dieser Push wird als "Archimedes-Push" bezeichnet. Wir werden hier nicht alle Physiker der Antike zitieren, aber es ist dennoch ratsam, sich für Eratosthenes zu interessieren. Letzterer berechnete den Erdumfang aus stehenden Steinen und unter Verwendung einfacher Mathematik. Unter der Annahme, dass die Sonnenstrahlen parallel sind, gelingt es ihm, mittags in Alexandria den Winkel der Sonnenstrahlen mit der Vertikalen (Menhir) zu messen und 7 ° zu finden. Gleichzeitig bilden in Syene, einer Stadt, die fast auf demselben Meridian liegt, die Sonnenstrahlen keinen Winkel in einem Brunnen. Unter Verwendung einer Proportionalitätsbeziehung ermittelte er den Erdumfang von 40.349 km, ein Fehler von 10% aus dem heute genau gemessenen Wert. So schreitet die Physik voran und Wissen sammelt sich durch Beobachtung, Formulierung von Hypothesen und Entwicklung von Theorien unter Verwendung mathematischer Werkzeuge.

Ein ständiger Fortschritt

Das Mittelalter setzte ein und Kriege vermehren sich. Invasionen, Eroberungen, Kriege ... und das gesammelte griechische Wissen über die Antike gehen verloren, mit Ausnahme einiger Philosophen wie Boethius, die ein wissenschaftliches Erbe von der Antike bis zum Quadrivium bewahren. Während der Westen in eine Zeit des Vergessens gerät, setzt die arabisch-muslimische Zivilisation die von den Griechen initiierte Arbeit fort, insbesondere indem sie die Entdeckungsschriften aufbewahrt und diese Werke wieder aufnimmt, um sie zu vertiefen und so eine Zivilisation des Wissens zu gründen. : Es ist das goldene Zeitalter des arabisch-muslimischen Fortschritts. Die Erfindung der Null durch die Araber verursachte einen Umbruch in den mathematischen Wissenschaften und ermöglichte Fortschritte auf diesem Gebiet, wie Algebra und Wissenschaftler wie Averroes (1126-1198) zeigten. Die Astronomie wird auch durch die Erfindung eines ersten Wasserteleskops durch den Astronomenphysiker Alhazen (965-1039) vertieft. Letzterer schafft es, optische Phänomene wie den Mond zu erklären, der zu bestimmten Zeiten am Himmel größer erscheint, oder sogar, warum der Mond scheint. Er ist auch der erste, der vom Phänomen der Brechung spricht, eine Idee, die von Physikern in den folgenden Jahrhunderten aufgegriffen wird. In der Mechanik gibt Alhazen das Trägheitsprinzip an, das später von Galileo aufgegriffen wird, und spricht auch von der Anziehungskraft der Massen, eine Idee, die vor Jahrhunderten hauptsächlich von Isaac Newton aufgegriffen wird. In der Renaissance haben viele Wissenschaftler die Welt der Physik revolutioniert. Kommt Galileo (1564-1642), der Astronom-Physiker, der für viele Erfindungen wie das astronomische Teleskop sehr berühmt wurde. Seine Arbeit in der Dynamik lehrt ihn, die Bewegung von Planeten zu verstehen. Es gibt auch das Trägheitsprinzip an, das besagt, dass der betreffende Körper entweder in Ruhe oder in gleichmäßiger geradliniger Bewegung ist, wenn ein Objekt keiner Kraft oder Kräften ausgesetzt ist, deren Ergebnis Null ist. Dieses Prinzip wird einige Jahre später Newtons erstes Gesetz darstellen. René Descartes (1596-1650) seinerseits beschäftigte sich mehr mit Optik und drückte das Gesetz der Lichtbrechung und offensichtlich das der Reflexion mathematisch aus.

Aber der größte Fortschritt des 17. Jahrhunderts war sicherlich die Arbeit des Wissenschaftlers Isaac Newton (1643-1723). Er arbeitet in vielen Bereichen wie Optik, Mechanik und Mathematik und revolutioniert unser Verständnis des Universums. Newton setzt die Arbeit von Descartes (und Snell) zur Lichtbrechung fort: Er zeigt, dass ein Prisma Licht in mehrere Farben zerlegt und dass es diese Farben sind, die weißes Licht bilden. Er studiert auch Beugung und wird der Erfinder von Newtons Teleskop sein, das eine bessere Sicht und Sichtbarkeit ermöglicht als Galileos astronomisches Teleskop. In der Mechanik erklärt Isaac Newton die Bewegung von Körpern mathematisch und verwendet Vektoren, um Kräfte zu modellieren. So legt er drei Gesetze fest, die später als "Gesetze Newtons" bezeichnet werden, und schafft es, die Funktionsweise der Schwerkraft zu erklären, indem er das Gesetz der universellen Gravitation angibt, das er in seiner Arbeit "Die Prinzipien der Philosophie" veröffentlichen wird natürlich "dank seines Freundes der Astronom Halley (1656-1742). Schließlich war Leibniz (1646–1716) ein wichtiger Physiker des Augenblicks: Seine theoretischen Entdeckungen zur Energieerhaltung und zur theoretischen Modellierung räumlicher und zeitlicher Dimensionen werden für die folgenden Wissenschaftler von großem Nutzen sein.

Post-Newtonsche Naturwissenschaften

Wir verstehen Energie und Dynamik besser: Kinematik und Dynamik, dann entsteht ein Zweig, der die beiden Subdomänen verbindet: Thermodynamik. Wie der Name schon sagt, der aus der altgriechischen "Thermoskanne" stammt: Wärme und "Dunamis": Kraft (daher der Name Dynamik), bezieht dieser Zweig der Naturwissenschaften Bewegung und Energie ( Wärme ist nur ein Transportmittel für Energie). Mit diesem neuen Zweig der Physik wird die Industrie Fortschritte machen (gerade im Industriezeitalter) und Dampfmaschinen werden sich entwickeln. Ein weiterer neuer Zweig erscheint: der Elektromagnetismus mit Maxwell (1831–1879). Dieser neue Zweig vereint Elektrizität mit Magnetismus, und dies mit einfachen Experimenten (sowie theoretisch mit Mathematik): Ein in einem Draht fließender elektrischer Strom erzeugt ein Magnetfeld. Es ist die Bewegung freier Elektronen, die gleichzeitig mit einem elektrischen Strom ein Magnetfeld erzeugt. Die wichtigste Entdeckung des Jahrhunderts wird jedoch zweifellos die Messung der Lichtgeschwindigkeit mit dem Interferometer durch zwei Nobelpreisträger sein: Edward Morley (1838-1923) und Albert Abraham Michelson (1852-1931). . Sie stellen fest, dass die Lichtgeschwindigkeit in allen Bezugssystemen desselben Mediums gleich ist, eine Entdeckung, die die Dynamik verändert. In der Tat wird ein Beobachter, der sich mit hoher Geschwindigkeit bewegt, und ein Beobachter, der in einem bestimmten Bezugsrahmen stationär ist, ein Photon mit derselben Geschwindigkeit passieren sehen, was der Dynamik der Physik widerspricht: ein Beobachter, der sich in derselben bewegt Wenn das Photon mit hoher Geschwindigkeit erfasst wird, sollte es weniger schnell fortschreiten als ein ruhender Beobachter (in einem bestimmten Bezugsrahmen) [1]. Dies kann nur mit dem Prinzip der Längenkontraktion erklärt werden, dem Fitzgerald (1851-1901) und Lorentz (1853-1928) zugrunde liegen. Der klassischen Mechanik wird daher widersprochen.

Erst Einstein (1879-1955) brachte diese überraschende Entdeckung mit der Mechanik in Einklang. 1905 veröffentlichte er seine spezielle Relativitätstheorie, die bewies, dass Bewegung aus einer Verformung von Raum und Zeit resultierte, wenn sich die Lichtgeschwindigkeit nicht änderte. So zeigt er, dass Raum und Zeit keine Konstanten sind, sondern sich erweitern und zusammenziehen, daher die imaginäre Erfahrung der Langevin-Zwillinge (1872-1946), deren Alter je nachdem, ob sie unterschiedlich sind oder nicht, unterschiedlich sein würde mit hoher Geschwindigkeit fahren oder nicht (in Bezug auf einen bestimmten Benchmark) [1]. Die zwischen 1907 und 1915 von Einstein entwickelte allgemeine Relativitätstheorie wird die spezielle Relativitätstheorie mit einer Gravitationstheorie in Einklang bringen. In der Tat zeigt Albert, dass die Gravitation seiner Meinung nach nur eine Verformung der Raumzeit ist. Wie ein Ball, den wir auf eine Gummiplatte legen, würde die Verformung der letzteren eine Anziehungskraft erzeugen, da ein Körper den Gravitationslinien folgt, die wir Geodäten nennen.

Die allgemeine Relativitätstheorie wird das Anwendungsgebiet der Newtonschen Mechanik verringern, wobei letztere nicht mehr für Körper funktioniert, die sich mit sehr hoher Geschwindigkeit bewegen. Es wird auch zu neuen Konzepten wie dem Schwarzen Loch führen, die kürzlich entdeckt wurden. Auch der Physiker Hubble (1889-1953) wird zeigen, dass sich die Galaxien voneinander entfernen (entgegen der Newtonschen Mechanik), weshalb die Idee der Expansion des Universums fortgesetzt wurde zu einer Veranstaltung, die "Big Bang" genannt wird. Auf dem Gebiet der Quantenmechanik wird Ernest Rutherford (1871-1937) zu außergewöhnlichen Entdeckungen in der Kernphysik führen. Er entdeckte ionisierende Strahlen wie Radioaktivität, Alphastrahlen und Betastrahlen. Seine Erfahrung mit dem Goldatom wird die Existenz eines Kerns hervorheben, der die positiven Ladungen des Atoms zusammenbringt und für seine Masse verantwortlich ist.

Heutzutage

Die Physik hat daher eine solide Grundlage, um neue Entdeckungen und Erfindungen zu ermöglichen. Es bleibt noch zu klären, welche Inkompatibilität zwischen Quantenmechanik und allgemeiner Relativitätstheorie sich radikal unterscheidet. Alle Entdeckungen der letzten zweihundert Jahre scheinen zu demselben Punkt zu führen, zu konvergieren, daher die Idee einer Theorie von allem und einer Meistergleichung, die derzeit Gegenstand intensiver Forschung durch Physiker ist. . Computer und Maschinen ermöglichen es der Physik, sich schneller und genauer zu bewegen. Vor kurzem wird die Eröffnung des LHC ("Large Hardron Collider") am CERN ("Europäischer Rat für Kernforschung", offiziell: "Europäische Organisation für Kernforschung") die Geheimnisse von Materie und vielleicht sogar, um das Universum an seinen Anfängen wiederherzustellen, kurz gesagt, es verspricht uns viele Überraschungen. Dank Mathematik, Informatik und Technologie entwickeln sich die Naturwissenschaften weiter und die Geschichte dieser großartigen Wissenschaft wird weiter geschrieben ...

[1] Wir sprechen immer von Bewegung in Bezug auf einen Bezugsrahmen (fest als fest betrachtet)

Literaturverzeichnis

- Jean Rosmorduc, Eine Geschichte der Physik und Chemie. Points Sciences, 1985.

- Jean Perdijon, Geschichte der Physik. Dunod, 2008.


Video: Geschichte der Physik I (September 2021).