Fizika, kaip mokslas, formavosi šimtmečiais. Jos istorija – tai nuolatinių ieškojimų, atradimų ir kartais klaidų kelias, vedęs prie dabartinio pasaulio supratimo. Šiame straipsnyje apžvelgsime svarbiausius fizikos raidos etapus, prisiminsime žymiausius mokslininkus ir jų idėjas, bei atrasime, kokį pėdsaką fizikos istorijoje paliko Lietuva. Taip pat aptarsime mokslo ir technologijų poveikį mūsų gyvenimui ir planetai.
Svarbiausi fizikos atradimai: kas pakeitė mūsų pasaulį?
Fizikos istorija kupina revoliucinių idėjų, pakeitusių ne tik mokslą, bet ir visą civilizaciją. Trumpai apžvelkime kelis svarbiausius etapus ir asmenybes, kurie padėjo pamatus mūsų dabartiniam supratimui:
- Antika: Jau senovės graikai, pavyzdžiui, Archimedas (III a. pr. Kr.), domėjosi mechanikos ir hidrostatikos dėsniais, suformulavo svirties taisyklę ir kūno plūdrumo dėsnį (Archimedo jėga). Jų darbai rėmėsi stebėjimais ir loginiais samprotavimais.
- Mokslinė revoliucija (XVI-XVII a.): Šis laikotarpis žymi eksperimentinio metodo įsigalėjimą. Galilėjus Galilėjus (1564–1642) atliko garsiuosius kūnų kritimo eksperimentus, paneigdamas Aristotelio teiginius, ir pirmasis panaudojo teleskopą dangaus kūnams stebėti, kas patvirtino heliocentrinę Visatos sandarą. Jo darbai padėjo pamatus klasikinei mechanikai.
- Izaokas Niutonas (1643–1727): Viena svarbiausių figūrų fizikos istorijoje. Savo veikale „Matematiniai gamtos filosofijos pagrindai“ (lot. Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica) jis suformulavo:
- Tris judėjimo dėsnius, aprašančius jėgos ir judėjimo ryšį: $$ \sum \vec{F} = 0 \Leftrightarrow \vec{v} = \text{const} $$ (Pirmasis dėsnis - inercija) $$ \vec{F} = m\vec{a} $$ (Antrasis dėsnis - pagrindinis dinamikos dėsnis) $$ \vec{F}{12} = -\vec{F}{21} $$ (Trečiasis dėsnis - veiksmo ir atoveiksmio dėsnis)
- Visuotinės traukos dėsnį, paaiškinantį tiek obuolio kritimą, tiek planetų judėjimą: $$ F = G \frac{m_1 m_2}{r^2} $$ Niutonas taip pat padarė svarbių atradimų optikoje (šviesos skaidymas, dalelinė prigimtis). Jo darbai sukūrė vientisą klasikinės mechanikos ir gravitacijos teoriją, dominavusią kelis šimtmečius.
- XVIII-XIX a.: Termodinamikos ir Elektromagnetizmo amžius: Pradėta giliau tyrinėti šilumą (termodinamika), suformuluoti jos dėsniai (pvz., energijos tvermės dėsnis šiluminiuose procesuose). Ypač reikšmingi buvo elektros ir magnetizmo tyrimai. Maiklas Faradėjus (1791–1867) atrado elektromagnetinės indukcijos reiškinį – kintantis magnetinis laukas kuria elektrinį lauką (elektrovarą), kas yra elektros generatorių veikimo pagrindas. Džeimsas Klerkas Maksvelas (1831–1879) matematiškai aprašė ir suvienijo visus tuo metu žinotus elektrinius ir magnetinius reiškinius į vientisą elektromagnetinio lauko teoriją (Maksvelo lygtys). Ši teorija numatė elektromagnetinių bangų egzistavimą ir parodė, kad šviesa taip pat yra elektromagnetinė banga. Tai padėjo pamatus radijo, televizijos ir kitų ryšio technologijų atsiradimui.
- XX a.: Moderniosios fizikos gimimas: XIX a. pabaigoje ir XX a. pradžioje atsirado reiškinių (pvz., šiluminis spinduliavimas, fotoefektas), kurių klasikinė fizika negalėjo paaiškinti. Tai paskatino naujų teorijų atsiradimą:
- Kvantinė teorija: Maksas Plankas (1900 m.) iškėlė hipotezę, kad energija spinduliuojama ir sugeriama porcijomis – kvantais. Albertas Einšteinas (1905 m.) pritaikė šią idėją paaiškinti fotoefektą, įvesdamas fotono sąvoką. Vėliau Nilsas Boras, Ervinas Šrėdingeris, Verneris Heisenbergas ir kiti sukūrė kvantinę mechaniką, aprašančią mikropasaulio (atomų, molekulių, elementariųjų dalelių) dėsnius.
- Reliatyvumo teorija: Albertas Einšteinas (1905 m. – specialioji, 1915 m. – bendroji) sukūrė teorijas, pakeitusias Niutono erdvės, laiko ir gravitacijos sampratą. Specialioji reliatyvumo teorija nagrinėja judėjimą greičiais, artimais šviesos greičiui, ir atskleidė masės bei energijos sąryšį ($$ E = mc^2 $$). Bendroji reliatyvumo teorija aprašė gravitaciją kaip erdvėlaikio iškreipimą dėl masės ir energijos. Šios teorijos atvėrė kelią į branduolio fizikos, elementariųjų dalelių fizikos ir kosmologijos tyrimus.
Vaizdinė medžiaga: Šioje skiltyje būtų naudinga interaktyvi laiko juosta, kurioje būtų pažymėti svarbiausi etapai, mokslininkai (su portretais) ir jų pagrindiniai atradimai bei svarbiausi veikalai.
Lietuvos fizikų indėlis: nuo K. Semenavičiaus iki lazerių
Nors Lietuva nėra didelė šalis, jos mokslininkai taip pat prisidėjo prie fizikos mokslo plėtros, ypač tam tikrose srityse:
- Kazimieras Semenavičius (apie 1600 – apie 1651): Lietuvos Didžiosios Kunigaikštystės bajoras, karys ir inžinierius. Savo 1650 m. išleistame veikale „Didysis artilerijos menas, pirmoji dalis“ (lot. Artis Magnae Artilleriae pars prima) jis ne tik aprašė to meto artilerijos technologijas, bet ir pateikė daugiapakopių raketų, raketinio kuro ir raketų stabilizavimo sparneliais idėjas. Nors jo darbai ilgą laiką buvo primiršti, dabar jis laikomas vienu iš raketų technikos pradininkų pasaulyje.
- Fizika Vilniaus universitete: Senajame Vilniaus universitete fizika dėstyta nuo pat jo įkūrimo, tačiau kaip savarankiškas mokslas su eksperimentiniais tyrimais pradėjo formuotis vėliau. Reikšmingų darbų čia nuveikė įvairių laikotarpių mokslininkai.
- XX-XXI a. pasiekimai: Ypač reikšmingi Lietuvos fizikų darbai po Antrojo pasaulinio karo. Vilniaus universitete ir Fizikos in...