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A história da física


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)

Bibliografia

- Jean Rosmorduc, A History of Physics and Chemistry. Points Sciences, 1985.

- Jean Perdijon, História da Física. Dunod, 2008.


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