Historia fizyki

Alegoria fizyki z XIX wieku
Uczestnicy Piątego Kongresu Solvay, 1927; Institut International de Physique Solvay w Leopold Park (Belgia). Uczestniczyło w niej wielu ówczesnych i późniejszych noblistów oraz główni twórcy mechaniki kwantowej: Paul Ehrenfest, Erwin Schrödinger, Wolfgang Pauli, Werner Heisenberg, Peter Debye, William L. Bragg, Hendrik A. Kramers, Paul Dirac, Arthur Compton, Louis de Broglie, Max Born, Niels Bohr, Max Planck, Albert Einstein. Toczone tam debaty dotyczyły m.in. interpretacjii teorii kwantówszkoła kopenhaska Bohra i Heisenberga ścierała się tam z bardziej zachowawczą opozycją Einsteina, Schrödingera i de Broglie’a.

Historia fizyki – część historii nauki obejmująca fizykę.

Zaczątki tej dyscypliny można umieszczać w prehistorii – istniała wtedy astronomia, która była źródłem odkryć w fizyce, a w czasach nowożytnych zaczęła być uznawana za jej dział. Początki fizyki rozumianej ściśle (wąsko) można umieścić w starożytnej Grecji, gdzie zbudowano podstawy mechaniki, akustyki, magnetyzmu i optyki; ostatnie dwie dziedziny można wiązać z wydzieloną później fizyką materii skondensowanej. Badania te rozwinięto w średniowiecznym świecie islamskim i ówczesnej Europie, a w wieku XVII nastąpiła rewolucja naukowa, która bardzo przyspieszyła rozwój fizyki, od tego czasu nieprzerwany. Oprócz kontynuacji dotychczasowych dziedzin pojawiły się też nowe jak termodynamika, a w XIX wieku zalążki fizyki molekularnej i atomowej. W wieku XX te dwie dziedziny nabrały samodzielności, teoretycznych podstaw w postaci fizyki kwantowej oraz pojawiły się badania subatomowe – jąder i cząstek elementarnych. Z drugiej strony wiek XX przyniósł też fizyczne metody w kosmologii – spójne, ścisłe i sprawdzalne modele całości obserwowalnego Wszechświata. Było to możliwe dzięki stworzeniu teorii względności – dzieło Alberta Einsteina poprawiło modele mechaniki i ciążenia opracowane przez Isaaca Newtona w wieku XVII. W trzecim tysiącleciu naszej ery fizyka rozwija się na swoich wszystkich frontach.

Rozwój fizyki jest sprzężony z rozwojem innych nauk oraz techniki. Fizyka nowożytna umożliwiła rozwój budownictwa, inżynierii mechanicznej (maszynoznawstwa) i balistyki oraz stworzenie nowych technologii jak aeronautyka, astronautyka, fotografia, fonografia, elektrotechnika, telekomunikacja, energetyka, radiotechnika, elektronika i właściwa, oparta na niej informatyka, początkowo rozwijana właśnie na potrzeby obliczeń w fizyce. Z dorobku fizyków skorzystały też medycyna, wszystkie inne nauki przyrodnicze oraz niektóre społeczne:

Rozwój fizyki decydował o wynikach wojen – II wojna światowa została ostatecznie rozstrzygnięta użyciem broni jądrowej przez USA w Japonii. Wpływy fizyki sięgają też filozofii, debat światopoglądowych, sztuki i popkultury. Z drugiej strony postępy fizyki nie byłyby możliwe bez użycia coraz nowszych urządzeń ani metod matematycznych, a w genezie niektórych koncepcji – jak zasada Macha – odgrywają rolę inspiracje filozoficzne.

Od czasów nowożytnych liczba fizyków, ich publikacji, czasopism badawczych i stowarzyszeń rośnie o rzędy wielkości, a udział w tym procesie objął większość świata. Od XVIII wieku ustanowiono dziesiątki nagród naukowych, w tym niektóre specjalnie dla fizyków, jak Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki czy Medal Newtona.

Starożytność

Archimedes w czasie kąpieli odkrywa prawo wyporu – rycina z XVI wieku.

Najważniejsze postępy

Uczeni presokratejscy

Filozofia przyrody była pierwszym obszarem rozważań filozoficznych w starożytnej Grecji[1]. Jest ona prekursorką nowożytnej nauki, która się z niej wyodrębniła i uniezależniła.

Początkowo filozofia przyrody zajmowała się wszystkimi zagadnieniami współczesnej nauki, rozpatrywanymi jednak najczęściej metodami filozoficznymi. Filozofia, rozumiana jako umiłowanie mądrości, wiązała się z dążeniem do zrozumienia funkcjonowania wszechświata. Miała ona wtedy jednak charakter spekulatywny i brakowało w niej rozwiniętej metodologii badań i rygoryzmu obserwacji. Stopniowo jednak empiryczne badanie rzeczywistości materialnej wyodrębniało się z głównego nurtu badań filozoficznych. W XVII w. nastąpiło rozdzielenie filozofii i nauki.

Problem podstawowej struktury fizycznej rzeczywistości był głównym przedmiotem zainteresowania przedsokratejskich filozofów starożytnej Grecji[2]. Filozofowie ci podjęli pierwsze niemitologiczne, racjonalne próby wyjaśnienia natury (physis), kładąc podwaliny pod filozofię i naukę europejską[3]. Problemy i idee postawione przez przedsokratejskich filozofów przyrody były inspiracją i istotnym punktem odniesienia dla badaczy przyrody aż do powstania nowożytnej nauki. Były jednak wyjątki: np. w III wieku p.n.e. Archimedes podał wiele poprawnych ilościowych opisów z zakresu mechaniki i hydrostatyki.

Pierwszą grupą filozofów byli tzw. jońscy filozofowie przyrody (m.in. Tales z Miletu, Anaksymander, Anaksymenes, Heraklit, Anaksagoras). Dążyli oni do wyjaśnienia rzeczywistości poprzez znalezienie jej najbardziej podstawowej zasady (arché), przenikającej całość rzeczywistości. Różni filozofowie w czym innym upatrywali tę podstawową zasadę: Tales w wodzie, Anaksymander w bezkresie (apeiron), Heraklit w ogniu, natomiast Anaksymenes w powietrzu[4]. Bardzo wpływowa była filozofia Heraklita, uznającego zmianę za podstawową zasadę rządzącą rzeczywistością[5].

W południowej Italii Pitagoras skupił wokół siebie grono uczniów, nauczając o matematycznej strukturze rzeczywistości. Zasadą podstawową była dla nich liczba, która stanowiła element rzeczy. Dzięki temu pitagorejczycy bardzo rozwinęli badania matematyczne[6].

Istotne znaczenie dla starożytnej metafizyki miała też działalność eleatów. Negowali oni możliwość ruchu i wielości. Był to dla nich jedynie pozór, a prawdziwa rzeczywistość była według nich niezmienną jednością[7].

Ostatnią z ważnych szkół byli atomiści (Leukippos, Demokryt) głoszący materialny charakter rzeczywistości, składającej się z małych i niepodzielnych elementów nazwanych przez nich atomami[8]. Wielu filozofów przyjmowało istnienie wielu zasad podstawowych (stanowisko pluralistyczne), lub łączyło ze sobą twierdzenia wielu szkół w niespójną całość (eklektyzm). Szczególnie wpływowa była pluralistyczna myśl Empedoklesa, twórcy koncepcji czterech elementów (żywiołów): wody, ognia, powietrza i ziemi, łącząca koncepcje Talesa, Anaksymenesa, Heraklita i Ksenofanesa[9]. Elementy są "pierwotne i jakościowo niezmienne"[10]. Mogą się ze sobą łączyć w sposób mechaniczny, tworząc wielość i różnorodność rzeczy we wszechświecie[10]. Koncepcja czterech żywiołów Empedoklesa (zmodyfikowana następnie przez Arystotelesa poprzez dodanie piątego elementu: eteru), pozostała bardzo wpływowa aż do XVI w.

Uczeni postsokratejscy

Najbardziej wpływowym badaczem przyrody w starożytności był Arystoteles, którego koncepcje zdominowały przyrodoznawstwo aż do XVI w. Obok szeregu obserwacji szczegółowych Arystoteles stworzył rozbudowany system zawierający koncepcje dotyczące ruchu i zmiany, czasu, przestrzeni, budowy materii i kosmologii. Zawarł je w wielu pismach, z których podstawowym jest Fizyka[11].

Średniowiecze

Fragment dzieła De iride Teodoryka z Freibergu (XIII–XIV w.)

Wraz z końcem starożytności i rozpowszechnieniem chrześcijaństwa, początkowo niechętnego czy wrogiego filozofii, większość pism przyrodoznawczych została na Zachodzie zapomniana. Zostały przechowane przez filozofów bizantyńskich, muzułmańskich i żydowskich. Uczeni ci rozwinęli znacznie wiele dziedzin, m.in. kosmologię.

W VI wieku Jan Filopon zakwestionował fizykę Arystotelesa, pisząc m.in. o spadaniu ciał – przewidział tak słabą zasadę równoważności.

Od XII wieku, w zachodniej Europie na nowo odkryto pisma Arystotelesa, co zaowocowało rozwojem filozofii przyrody. Z problematyki fizycznej, najszerzej dyskutowanymi kwestiami były problem struktury bytu i jego podstawowych elementów, problematyka kosmologiczna (miejsce Ziemi we wszechświecie), problem wieczności świata i charakteru czasu, problem ruchu i jego przyczyn oraz problem próżni (możliwość lub niemożliwość jej istnienia)[12].

Dojrzałe średniowiecze to też okres rozwoju optyki. Badania w tej dziedzinie prowadzili Robert Grosseteste, jego uczeń Roger Bacon, Witelon oraz Teodoryk z Fryburga.

Pewnnych odkryć na temat magnetyzmu dokonał Petrus Peregrinus (Pierre de Maricourt).

Pod koniec średniowiecza rozwój przyrodoznawstwa zaczął prowadzić do kształtowania się nauki we współczesnym sensie tego słowa. Arystotelizm, metoda scholastyczna i autorytet Kościoła zaczęły być stopniowo przeszkodą w poszerzaniu wiedzy o świecie.

Wczesna nowożytność

Główne odkrycia

Isaac Newton wykonujący swoje „doświadczenie krzyżowe” (łac. experimentum crucis) z dwoma pryzmatami

Epoka renesansu była dla fizyki przejściowa: dawne koncepcje sąsiadowały z nowymi odkryciami i stopniowym wypracowywaniem nowożytnej metody naukowej opartej na eksperymencie i indukcji. Szczególne zasługi na tym polu miał Francis Bacon[13]. W XVII wieku system filozoficzny Arystotelesa zaczął być wypierany przez ten Kartezjusza, a później przez koncepcje Isaaca Newtona odbiegające jeszcze bardziej od fizyki scholastycznej.

W wiekach od XVI do XVIII rozwinięto wszystkie istniejące dziedziny fizyki oraz stworzono nową – termodynamikę:

Dzieło Newtona pozwoliło mu wyjaśnić pływy morskie, przewidzieć spłaszczenie Ziemi na biegunach oraz sformułować paradoks grawitacyjny; było punktem wyjścia dla astrodynamiki i ściśle rozumianej astrofizyki. John Michell przez rozważania prędkości ucieczki wysunął hipotezę czarnych dziur, nazwanych tak w XX wieku. Pod koniec XVIII stulecia doświadczenie Cavendisha znalazło wartość stałej grawitacyjnej (G), co pozwoliło wyznaczyć masy Ziemi i innych ciał niebieskich. Grawitację nieskutecznie próbowano zredukować do mechaniki – hipoteza Le Sage’a okazała się błędna;

Przed XIX wiekiem atomizm miał swoich zwolenników jak Galileusz i Pierre Gassendi, jednak pozostawał w sferze hipotez.

Astronomia XVII wieku była polem zmagań modeli heliocentrycznych z tradycyjną wizją Ptolemeusza i kompromisowym modelem geoheliocentrycznym Tychona Brahego. Przełom przyniosło zastosowanie w niej teleskopu, co po raz pierwszy zrobił Galileusz w 1609; odkrył m.in. plamy na Słońcu, góry na Księżycu, fazy Wenus, księżyce Jowisza i strukturę Drogi Mlecznej jako skupiska gwiazd. Dzięki teleskopowi astronomowie XVIII wieku potwierdzili teorię Kopernika oraz odkryli nową planetę: Uran.

Aspekty społeczne

Medal Copleya – egzemplarz z 1902 roku, przyznany Josephowi Listerowi

Czasy nowożytne to też początek:

Przed XIX wiekiem pojawiały się też próby cenzurowania badań fizycznych i astronomicznych przez instytucje religijne:

Wpływy odbywały się też w przeciwnym kierunku – fizyka nowożytna inspirowała poglądy na filozofię i religię. Systemy Kartezjusza i Newtona były podstawą doktryny mechanicyzmu popularnej w dobie oświecenia. Mechanicyzm przyczynił się do popularności deizmu i ateizmu wśród myślicieli tej epoki.

XIX wiek

Schemat aparatury, którą James Joule zmierzył mechaniczny równoważnik ciepła – udowodnił tak zasadę zachowania energii (konkretniej pierwszą zasadę termodynamiki) i zakwestionował teorię cieplika.
Interferometr Michelsona użyty w doświadczeniu Michelsona-Morleya z 1887 roku. Zakwestionowało ono ówczesne teorie eteru światłonośnego, prowadząc do ich rewizji przez Lorentza i do sformułowania szczególnej teorii względności w XX wieku.

Odkrycia

W XIX stuleciu fizyka rozwinęła się we wszystkich swoich dziedzinach i przygotowała grunt pod rewolucje wieku XX:

Oprócz tego podano równania stanu gazów – równanie Clapeyrona gazu doskonałego i bardziej ogólne równanie van der Waalsa;

Oprócz tego pojawiły się odkrycia otwierające fizykę subatomową:

W XIX wieku astronomia nie tylko zbadała dokładniej Układ Słoneczny, wskazując na możliwości i ograniczenia teorii grawitacji Newtona. Oprócz tego:

Geofizyka XIX wieku wypracowała m.in. pierwsze modele efektu cieplarnianego autorstwa Josepha Fouriera.

Niektórzy fizycy przełomu stuleci – jak Lord Kelvin – podejrzewali, że rozwój fizyki spowolni przez wyczerpanie się tematyki. Nie spodziewano się zmian w teoriach podstawowych ani możliwości wyjaśnienia niektórych zjawisk, np. właściwości fizycznych i chemicznych materii skondensowanej.

Organizacja

XIX wieku to też początek:

Związki z matematyką

Fizyka XIX wieku – zarówno teoretyczna, jak i doświadczalna – skorzystała z nowych osiągnięć matematyki, zwłaszcza algebry, analizy i statystyki:

Z drugiej strony metody stworzone na potrzeby fizyki – jak szeregi i transformaty Fouriera – wywarły potem wpływ na matematykę czystą, m.in. teorię liczb.

XX wiek

Schematyczny model atomu. W XX wieku ostatecznie potwierdzono ich istnienie, odkryto ich wewnętrzną budowę i wyjaśniono ją za pomocą mechaniki kwantowej. Diagramy tego typu – kojarzone z Rutherfordem, odkrywcą jądra – bywają symbolem fizyki i ogółu nauk ścisłych.
Reakcja rozszczepienia jądrowego znalazła zastosowanie militarne (broń jądrowa) oraz w energetyce.
Odkryto łącznie 37 cząstek fundamentalnych, z których zbudowany jest świat:
• dwanaście fermionów fundamentalnych, z których każdy ma swoją antycząstkę;
• dwanaście bozonów oddziaływań;
bozon Higgsa.
Większość z nich odkryto w XX wieku; wyjątki to elektron (e) znaleziony jeszcze w poprzednim stuleciu oraz higson (h) wykryty już w następnym.

Główne odkrycia

W XX wieku zrewidowano cały fundament fizyki teoretycznej:

Przełomy te były związane z odkryciami doświadczalnymi – wyjaśnianiem tych z XIX wieku oraz nowych, np. budowy atomu. Dzięki eksperymentom i obserwacjom astronomicznym udało się potwierdzić nowe teorie, czyniąc je paradygmatami. Nowe podstawy przyczyniły się do rozkwitu fizyki na wszystkich poziomach: materii skondensowanej, atomowo-molekularnym oraz nowo odkrytym subatomowym – jądrowym i cząstek elementarnych. Metodami fizycznymi odkryto lub wytworzono:

  • nowe pierwiastki chemiczne,
  • atomy egzotyczne,
  • setki nuklidów – w tym hiperjądra;
  • setki cząstek elementarnych, z których kilkadziesiąt uznano za fundamentalne, tj. pozbawione wewnętrznej budowy.

Odkryto także nowe właściwości materii skondensowanej jak nadprzewodnictwo i nadciekłość, które przynajmniej częściowo udało się wyjaśnić, m.in. za pomocą kwantowych modeli kwazicząstek. Poszerzono o całe rzędy wielkości zakresy badanych ciśnień i temperatur. Precyzja i dokładność pomiarów osiągnęła poziom kilkunastu cyfr znaczących, co wpłynęło na metrologię; np. zdefiniowanie metra (m) i sekundy (s) przez stałe fizyczne.

Astrofizyka rozwinęła się na różnych poziomach i w różnych skalach:

Te rewolucje były możliwe dzięki nowym metodom jak radioastronomia, odkryciu promieniowania kosmicznego oraz rozwojowi astronautyki, np. użyciu teleskopów kosmicznych. Układ Słoneczny zaczął być badany za pomocą sond kosmicznych; przyniosło to między innymi przełom w selenografii dzięki zaobserwowaniu dalszej strony Księżyca i w selenologii dzięki pobraniu próbek samego srebrnego globu. Planetologia przestała być wyłącznie dziedziną ściśle rozumianej astronomii, odkąd jej metody zaczęły przypominać te nauk o Ziemi.

Do głównych osiągnięć geofizyki można zaliczyć:

Przebieg badań

W 1904 Joseph John Thomson zaproponował pierwszy model atomu znany jako model typu „ciasto z rodzynkami”.

W 1905 Einstein sformułował STW unifikującą czas i przestrzeń w jedną strukturę: czasoprzestrzeń. Wymóg zgodności z teorią elektromagnetyzmu Maxwella doprowadził do modyfikacji naszego spojrzenia na czas i przestrzeń oraz na własności i rolę materii. W nowej teorii transformacje między inercjalnymi układami odniesienia wyglądają inaczej niż w mechanice klasycznej – rozwinięta została mechanika relatywistyczna, która zastąpiła mechanikę klasyczną. W granicy małych prędkości obie teorie pokrywają się.

W 1911 Rutherford na podstawie eksperymentów rozpraszania cząstek alfa wydedukował istnienie w centrum atomu skupienia masy o dodatnim ładunku jądra[14]. W tym samym roku Antonius Johannes van den Broek zauważa, że liczba atomowa pierwiastka jest tożsama z liczbą ładunków w jądrze atomowym.

W 1915 Einstein rozszerzył szczególną teorię względności, tak by tłumaczyła zjawisko grawitacji. Tak powstała ogólna teoria względności, która zastąpiła newtonowskie prawo grawitacji. W zakresie małych mas i energii te dwie teorie także pokrywają się.

Poczynając od 1900, Planck, Einstein, Bohr i inni rozwijali teorie kwantowe, próbując wyjaśnić anomalne wyniki różnych eksperymentów poprzez wprowadzenie dyskretnych poziomów energetycznych. W 1925 Werner Heisenberg i Erwin Schrödinger sformułowali mechanikę kwantową, która wyjaśniła poprzedzające ją teorie kwantowe. W mechanice kwantowej wynik pomiaru fizycznego jest z natury rządzony zasadami prawdopodobieństwa, a teoria jedynie podaje sposób obliczania odpowiednich prawdopodobieństw. Mechanika kwantowa z powodzeniem opisuje zachowanie materii w skali małych odległości.

Mechanika kwantowa dostarczyła teoretycznych narzędzi fizyce materii skondensowanej, dziedzinie badającej zachowanie materii w stanach stałym i ciekłym, a m.in. obiekty takie jak kryształy, półprzewodniki, i zjawiska takie jak nadprzewodnictwo czy nadciekłość. Jednym z pionierów tej dziedziny był Felix Bloch – twórca kwantowo-mechanicznego opisu zachowania elektronów w strukturze krystalicznej (1928).

Odkrycie w 1932 przez Chadwicka neutronu, potwierdziły protonowo-neutronowy model jądra atomowego.

Podczas II wojny światowej obie strony konfliktu prowadziły badania w zakresie fizyki jądrowej. Cel – konstrukcja broni jądrowej, nie został osiągnięty przez Niemców, których wysiłkami kierował Heisenberg. Udało się to Amerykanom w ramach programu Manhattan prowadzonego przez Enrica Fermiego. Jego zwieńczeniem była pierwsza kontrolowana przez człowieka reakcja łańcuchowa (1942). W 1945 w Alamogordo miała miejsce pierwsza w dziejach ludzkości eksplozja nuklearna.

Kwantowa teoria pola została sformułowana jako rozszerzenie mechaniki kwantowej by zapewnić spójność ze szczególną teorią względności. Osiągnęła swoją współczesną formę w końcu lat 40. XX w. wraz z pracami Feynmana, Schwingera, Tomonagi i Dysona. Sformułowali oni elektrodynamikę kwantową opisującą oddziaływania elektromagnetyczne. Elektrodynamika kwantowa stanowi obecnie najlepiej sprawdzoną i zgodną z doświadczeniem teorię fizyczną: ścisłość jej przewidywań (błąd statystyczny) sięga obecnie szóstego miejsca po przecinku.

Kwantowa teoria pola dostarczyła ram dla współczesnej fizyki cząstek elementarnych badającej oddziaływania podstawowe i cząstki elementarne. W 1954 Yang i Mills rozwinęli klasę teorii z cechowaniem, której przykładem jest Model Standardowy z powodzeniem opisujący prawie wszystkie obecnie obserwowane cząstki elementarne.

Zmiany organizacyjne

Medal Lorentza przyznawany od 1925, głównie fizykom teoretycznym, także pracującym nad hipotezami niepotwierdzonymi jak teoria strun.
Medal Maxa Plancka przyznawany od 1929, głównie fizykom teoretycznym.

XX wiek to też era globalizacji, która dotknęła również fizyki – badania w tej dziedzinie zaczęto prowadzić na całym świecie. Wybitne osiągnięcia mieli tu nie tylko naukowcy z Europy i Nowego Świata, ale także z Azji i Afryki. Wśród laureatów Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki znaleźli się m.in. obywatele Japonii i Indii, a zjawisko Mpemby zostało opisane w Tanzanii i nazwane od jej obywatela. Liczba krajowych towarzystw fizycznych osiągnęła dziesiątki, a w latach 20. zrzeszono je przez IUPAP.

Ostatnie stulecie II tysiąclecia przyniosło nowe instytucje i przedsięwzięcia o bezprecedensowych rozmiarach jak instytut CERN w Genewie (Szwacjaria), Fermilab w Batavii (USA) czy Super-Kamiokande w Kamioce (Japonia).

W XX stuleciu utworzono szereg nagród dla fizyków, czasem za badania w konkretnych dziedzinach:

W XX wieku fizyka ewoluowała instytucjonalnie także w Polsce:

W ostatnim stuleciu II tysiąclecia pojawiały się też próby kontroli badań fizycznych przez ustroje totalitarne:

Osiągnięcia fizyków XX wieku wyróżniono w sposób, który zwykle nie przysługuje badaczom. W 1960 roku tytuł Człowieka Roku tygodnika „Time” zdobyła grupa amerykańskich naukowców, głównie fizyków, a Albert Einstein został uznany przez to pismo za człowieka stulecia.

Nowe hipotezy

XX stulecie przyniosło całą gamę spekulacji w fizyce fundamentalnej; niektóre z nich mają kontrowersyjny status i nie zawsze są uznawane za ściśle rozumianą naukę:

XXI wiek

Zdjęcie Genewy z zaznaczoną lokalizacją Wielkiego Zderzacza Hadronów (ang. LHC), w którym odkryto cząstkę Higgsa.
Porównanie dokładności danych z misji COBE, WMAP i Planck.

Główne wydarzenia

Na pierwszy plan wysuwają się dwa odkrycia doświadczalne:

  • W 2012 roku w laboratorium CERN w Genewie odkryto cząstkę Higgsa – 37. cząstkę fundamentalną. Rok później przyznano Nagrodę Nobla naukowcom, którzy przewidzieli istnienie tego obiektu.
  • W 2016 roku w obserwatoriach LIGO w USA potwierdzono po raz pierwszy fale czasoprzestrzeni, zwane też promieniowaniem grawitacyjnym. Rok później przyznano za to odkrycie Nagrodę Nobla.

Nowych danych astrofizycznych dostarczyły misje kosmiczne:

W 2018 roku znacznie zmieniono Układ SI. Wcześniej na ustalonych wartościach stałych fizycznych oparto tylko sekundę (s) i metr (m), ale w 2018 roku podobnie zdefiniowano kilogram (kg), amper (A) i mol oraz zmieniono definicję kelwina (K), tak że również jest oparta na stałej fundamentalnej zamiast na właściwościach konkretnej substancji.

Problemy otwarte

W XXI wieku różne obszary fizyki stoją przed różnymi wyzwaniami:

Aspekty społeczne

Od początku stulecia utworzono nowe nagrody dla fizyków jak Medal Newtona i Nagroda Fizyki Fundamentalnej, komplementarne do Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki dzięki innym regułom przyznawania. Po 2010 roku zmieniły się zasady Nagrody FNP – usunięto kategorię nauk ścisłych, wprowadzając za to nagrodę w dziedzinie nauk matematyczno-fizycznych i inżynierskich.

Rok 2005 za namową ONZ świętowano jako Międzynarodowy Rok Fizyki – w związku ze stuleciem „cudownego roku” Alberta Einsteina.

Podsumowanie

Tendencje redukcyjne i unifikacyjne

Schemat przedstawiający M-teorię jako unifikację wszystkich pięciu teorii superstrunowych oraz 11-wymiarowej supergrawitacji

W dziejach fizyki widać tendencję do poszerzania skali badań, zakresu wyjaśnień i do redukcjonizmu. Redukcje te wiążą się z unifikacją różnych modeli:

Sukcesy takich przedsięwzięć inspirowały fizyków do dalszych prób. Niektóre z nich okazywały się skazane na porażkę; przykładowo Einstein przez dekady szukał jednolitej teorii grawitacji i elektromagnetyzmu, ignorując siły jądrowe, podobnie jak niektórzy fizycy przed nim. Z drugiej strony niektóre modele dalszej unifikacji pozostają badane:

Niektórzy fizycy, np. Stephen Hawking, wierzyli też, że fizyka jest w stanie wyjaśnić samą siebie, odpowiadając na pytanie Leibniza.

Symbioza z matematyką

Rozwój fizyki buduje na dorobku matematyków – także tych dziedzin, które powstały w oderwaniu od zastosowań. Jest to szczególnie widoczne w fizyce teoretycznej; przykładowo:

Z drugiej strony fizyka doświadczalna korzysta z metod statystyki matematycznej.

Rankingi

Próbowano wyróżnić i uszeregować szczególne elementy dziejów fizyki, np. najwybitniejszych fizyków lub najbardziej imponujące doświadczenia. Zorganizowano co najmniej dwa plebiscyty na największych naukowców tej dziedziny – w jednym z nich wygrał Isaac Newton, a w innym Albert Einstein. Oprócz tego ankieta wyłoniła dziesięć najpiękniejszych eksperymentów, które opisano w książce o tym samym tytule wydanej w 2003 roku.

Przypisy

  1. Gregor Schiemann, Naturphilosophie [ver. 2.0], Thomas (Redaktion) Kirchhoff, [w:] Naturphilosophische Grundbegriffe [online], 2012 [dostęp 2014-08-15].
  2. Reale 1994 ↓, s. 61.
  3. Thomas M. Robinson, Filozofowie presokratejscy, [w:] Richard H. Popkin (red.), Historia filozofii zachodniej, Poznań: Zysk i S-ka, 2003, s. 34, ISBN 83-7298-496-4.
  4. Reale 1994 ↓, s. 75-92.
  5. Reale 1994 ↓, s. 93-102.
  6. Reale 1994 ↓, s. 109-115.
  7. Reale 1994 ↓, s. 139-168.
  8. Reale 1994 ↓, s. 190-204.
  9. Reale 1994 ↓, s. 172.
  10. a b Reale 1994 ↓, s. 173.
  11. Giovanni Reale: Historia filozofii starożytnej. T. 2. Lublin: Wydawnictwo KUL, 2001, s. 425-451.
  12. Edith Dudley Sylla: Creation and Nature. W: The Cambridge Companion to Medieval Philosophy. A.S. McGrade (ed.). Cambridge University Press, 2003, s. 171-195.
  13. David Simpson: Francis Bacon (1561—1626). W: Internet Encyclopedia of Philosophy. 2012. [dostęp 2013-11-15].
  14. Fizyka w XX wieku, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2022-09-17].

Bibliografia

  • Giovanni Reale: Historia filozofii starożytnej. T. 1. Lublin: Wydawnictwo KUL, 1994.

Linki zewnętrzne

Media użyte na tej stronie

Nagasakibomb.jpg
Mushroom cloud above Nagasaki after atomic bombing on August 9, 1945. Taken from the north west.
PIA16874-CobeWmapPlanckComparison-20130321.jpg
This graphic illustrates the evolution of satellites designed to measure ancient light leftover from the big bang that created our universe 13.8 billion years ago. Called the cosmic microwave background, this light reveals secrets of the universe's origins, fate, ingredients and more.

The three panels show 10-square-degree patches of all-sky maps created by space-based missions capable of detecting the cosmic microwave background. The first spacecraft, launched in 1989, is NASA's Cosmic Background Explorer, or COBE (left panel). Two of COBE's principal scientists earned the Nobel Prize in Physics in 2006 for the mission's evidence supporting the big bang theory, and for its demonstration that tiny variations in the ancient light reveal information about the state of the universe.

These variations, called anistotropies, came into sharper focus with NASA's next-generation spacecraft, the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, or WMAP (middle panel). This mission, launched in 2001, found strong evidence for inflation, the very early epoch in our universe when it expanded dramatically in size, and measured basic traits of our universe better than ever before.

The most advanced satellite yet of this type is Planck, a European Space Agency mission with significant NASA contributions. Planck, launched in 2009, images the sky with more than 2.5 times greater resolution than WMAP, revealing patterns in the ancient cosmic light as small as one-twelfth of a degree on the sky. Planck has created the sharpest all-sky map ever made of the universe's cosmic microwave background, precisely fine-tuning what we know about the universe.

Planck is a European Space Agency mission, with significant participation from NASA. NASA's Planck Project Office is based at NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif. JPL contributed mission-enabling technology for both of Planck's science instruments. European, Canadian and U.S. Planck scientists work together to analyze the Planck data.

More information is online at http://www.nasa.gov/planck, http://planck.caltech.edu and http://www.esa.int/planck.
Czastki elementarne modelu standardowego.svg
Autor: Andrzej Barabasz (Chepry), Licencja: CC BY-SA 3.0
Cząstki elementarne modelu standardowego. Źródło danych: pdg.lbl.gov
M-Theory.svg
Stringtheorien, M-Theorie und Dualitäten
CERN Aerial View.jpg
Autor: Maximilien Brice (CERN), Licencja: CC BY-SA 3.0
Aerial View of the CERN
Theodoric of Freiberg, De Iride III,2,5 2.jpg
Theodoric of Freiberg: De Iride III,2,5. In: Manuscript Basel F. IV.30, f. 33v–34r.
Archimede bain.jpg
Greek philosopher Archimedes in his bath - 16th Century carving.
Joseph Lister, Copley Medal (gold), 1902 Wellcome M0007837.jpg
Autor: unknown, Licencja: CC BY 4.0

Joseph Lister, Copley Medal (gold), 1902

Wellcome Images
Keywords: Joseph Lister

Sr1.svg
Autor: User:Ysmo, Licencja: CC BY 1.0
Light cone
LorentzMedal-square.jpg
Autor: Wikimedia Commons – LorentzMedal.jpg, Licencja: CC BY-SA 4.0
Zdjęcie Medalu Lorentza, przycięte (wykadrowane) do kwadratu.
Átomo de Rutherford.png
Autor: Valkurare, Licencja: CC BY-SA 4.0
Esquema representativo del modelo atómico de Rutherford.
Allegoria 1890 xilografia 01.jpg
Allegoria - La Fisica - 1890 xilografia
Max-planck-medal-front.png
Autor: Friedrich Hund, Licencja: CC BY-SA 4.0
Awers Medalu Maxa Plancka
Michelson morley experiment 1887.jpg
The Setup of Michelson Morley experiment in 1887 at what is now Case Western Reserve University.
Newton's Experimentum Crucis (Grusche 2015).jpg
Autor: Sascha Grusche, Licencja: CC BY-SA 4.0
Isaac Newton performing his crucial prism experiment - the 'experimentum crucis' - in his Woolsthorpe Manor bedroom. Acrylic painting by Sascha Grusche (17 Dec 2015)
Joule's Apparatus (Harper's Scan).png
Engraving of James Joule's apparatus for measuring the mechanical equivalent of heat, in which altitude potential energy from the weight on the right is converted into heat at the left, through stirring of water.