De collecties

De geschiedenis van de natuurkunde


In de loop van de tijd hebben mensen altijd al hun begrip van het universum willen verbeteren. De geschiedenis van de natuurkunde hoofddoel is om de verschillende ontdekkingen die natuurkundigen sinds de prehistorie hebben gedaan, terug te vinden. Zo zullen we door de eeuwen heen laten zien wat de belangrijkste evoluties zijn geweest die het mogelijk hebben gemaakt onze huidige kennis van het universum te vinden.

De natuurwetenschappen in het begin

We weten dat fysica alleen wortel schiet in de prehistorie en in de oudheid. Dankzij archeologen weten we met zekerheid dat prehistorische mannen goede waarnemers waren. Monumenten, zoals die van de megalithische "Stonehenge", leveren hiervan het bewijs. De mannen van de prehistorie kenden dit vurige verlangen om meer over ons universum te weten en probeerden bepaalde verschijnselen te reproduceren, en zo vormden ze het eerste element van een wetenschappelijk proces, namelijk de waarneming.

Ook zagen de eerste objecten die werden gebruikt om de tijd te meten, hun verschijning tijdens deze periode van onze geschiedenis. Het bot van Ishango, het bot van de Blanchard-schuilplaats, maar ook Stonehenge en Carnac waren de eerste instrumenten die de tijd konden meten. Dit is het begin van de natuurkunde: de beschrijving van bepaalde astronomische mechanismen. De fysica van de oudheid, van haar kant, is ons veel nauwkeuriger bekend. Tijd was ook een grote zorg. De gnomon, de clepsydra en de zonnewijzer zijn erfenissen uit de oudheid.

Maar afgezien van de meting van de tijd, was er een Griekse kennis gevormd met natuurkundigen zoals Archimedes, Thales van Milet of zelfs Erasthostène. De meeste van deze filosofen zijn geïnteresseerd in materie en haar verschijnselen en hebben zo ons begrip van het universum vergroot. Het woord "atoom" komt van het Griekse "atomon" dat "ondeelbaar" betekent. Inderdaad, Democritus (-460 - -370 v.Chr.) Gaat ervan uit dat materie bestaat uit deeltjes die door een vacuüm worden gescheiden. Deze deeltjes waarvan wordt gezegd dat ze niet breken, omdat ze als de kleinste elementen worden beschouwd, worden atomen genoemd. "Eindelijk, de lichamen die we hard en massief zien, danken hun samenhang aan meer verslaafde, nauwer verbonden lichamen ... Integendeel, het zijn gladde en ronde lichamen die lichamen vormen van een vloeibare en vloeibare aard", bevestigt hij. . Archimedes (-287 - -212 v.Chr.) Wordt tegenwoordig de grondlegger van de statische mechanica genoemd: hij staat aan de oorsprong van veel tractiemachines, maar ook van oorlog, zoals de katapult.

Maar het is vooral door zijn werk over vloeistofmechanica dat hij bekend is. Nadat hij volgens de legende "Eureka" heeft geroepen, ontdekt hij de eigenschappen van lichamen die zijn ondergedompeld in een vloeistof, en stelt zo het "Archimedes-principe" vast: elk lichaam dat is ondergedompeld in een vloeistof (of een gas) krijgt een stuwkracht, die 'oefent van onder naar boven, en dat is gelijk aan het gewicht van het volume verplaatste vloeistof. Deze push wordt de "Archimedes-push" genoemd. We zullen hier niet alle natuurkundigen uit de oudheid noemen, maar het is niettemin aan te raden om in Eratosthenes geïnteresseerd te zijn. De laatste berekende de omtrek van de aarde op basis van staande stenen en met behulp van eenvoudige wiskunde. In de veronderstelling dat de zonnestralen parallel zijn, slaagt hij er inderdaad in om 's middags in Alexandrië de hoek van de zonnestralen met de verticaal (menhir) te meten en vindt hij 7 °. Tegelijkertijd vormen in Syene, een stad die bijna op dezelfde meridiaan ligt, de zonnestralen geen enkele hoek in een put. Met behulp van een proportionaliteitsrelatie leidde hij de omtrek van de aarde af van 40.349 km, een fout van 10% van de waarde die vandaag met precisie wordt gemeten. Zo vordert de natuurkunde en wordt kennis verzameld door observatie, het formuleren van hypothesen en het ontwikkelen van theorieën met behulp van wiskundige hulpmiddelen.

Een constante vooruitgang

De middeleeuwen beginnen en oorlogen nemen toe. Invasies, veroveringen, oorlogen ... en de geaccumuleerde Griekse kennis van de oudheid is verloren gegaan, met uitzondering van enkele filosofen, zoals Boethius, die enig wetenschappelijk erfgoed uit de oudheid via het Quadrivium bewaren. Terwijl het Westen in een periode van vergetelheid belandt, zet de Arabisch-islamitische beschaving het door de Grieken geïnitieerde werk voort, in het bijzonder door de geschriften van ontdekkingen te bewaren en door deze werken te hervatten om ze te verdiepen en zo een beschaving van kennis te stichten. : het is de gouden eeuw van de Arabisch-islamitische vooruitgang. De uitvinding van nul door de Arabieren veroorzaakte een opschudding in de wiskundige wetenschappen en maakte vooruitgang in het veld mogelijk, zoals geïllustreerd door algebra en wetenschappers zoals Averroes (1126-1198). Astronomie wordt ook verdiept door de uitvinding van een eerste watertelescoop door de astronoomfysicus Alhazen (965-1039). De laatste slaagt erin optische verschijnselen te verklaren, zoals de maan die op bepaalde momenten groter aan de hemel lijkt, of zelfs waarom de maan schijnt. Hij is ook de eerste die spreekt over het fenomeen refractie, een idee dat in de volgende eeuwen door natuurkundigen zal worden overgenomen. In de mechanica noemt Alhazen het traagheidsprincipe, dat later door Galileo zal worden overgenomen, en spreekt hij ook over de aantrekkingskracht van massa's, een idee dat eeuwen later vooral door Isaac Newton zal worden overgenomen. In de Renaissance hebben veel wetenschappers een revolutie teweeggebracht in de wereld van de natuurwetenschappen. Komt Galileo (1564-1642), de astronoom-fysicus die erg beroemd werd door vele uitvindingen zoals de astronomische telescoop. Zijn werk in de dynamica leert hem de beweging van planeten te begrijpen. Het vermeldt ook het traagheidsprincipe dat stelt dat als een object niet wordt onderworpen aan enige kracht of aan krachten waarvan de resultante nul is, het lichaam in kwestie ofwel in rust ofwel in een uniforme rechtlijnige beweging is. Dit principe zal een paar jaar later de eerste wet van Newton vormen. René Descartes (1596-1650), van zijn kant, werkte meer aan optica en drukte wiskundig de wet van breking van licht uit, en uiteraard die van reflectie.

Maar de belangrijkste vooruitgang van de 17e eeuw was zeker het werk van de wetenschapper Isaac Newton (1643-1723). Hij werkt op veel gebieden, zoals optica, mechanica en wiskunde, en brengt een revolutie teweeg in ons begrip van het universum. Newton zet het werk van Descartes (en Snell) over de breking van licht voort: hij laat zien dat een prisma licht uiteenvalt in verschillende kleuren, en dat het deze kleuren zijn die wit licht vormen. Hij bestudeert ook diffractie en wordt de uitvinder van Newtons telescoop die een beter zicht en zichtbaarheid mogelijk maakt dan de astronomische telescoop van Galileo. In de mechanica legt Isaac Newton de beweging van lichamen wiskundig uit, met behulp van vectoren om krachten te modelleren. Zo stelt hij drie wetten vast die later de 'wetten van Newton' zullen worden genoemd en slaagt hij erin de werking van de zwaartekracht te verklaren door de wet van de universele zwaartekracht te vermelden, die hij zal publiceren in zijn werk 'De principes van de filosofie'. natuurlijk 'dankzij zijn vriend de astronoom Halley (1656-1742). Ten slotte was Leibniz (1646–1716) een belangrijke fysicus van het moment: zijn theoretische ontdekkingen over het behoud van energie en de theoretische modellering van ruimtelijke en temporele dimensies zullen van groot nut zijn geweest voor de wetenschappers die zullen volgen.

Post-Newtoniaanse natuurwetenschappen

We begrijpen energie en dynamica beter: kinematica en dynamica, er ontstaat dan een tak die de twee subdomeinen verenigt: thermodynamica. Zoals de naam suggereert, die afkomstig is van het oude Griekse "thermoskan": warmte en "dunamis": kracht (vandaar de naam dynamisch), heeft deze tak van de natuurwetenschappen betrekking op beweging en energie ( warmte is slechts een middel om energie te transporteren). Met deze nieuwe tak van fysica zal de industrie vooruitgang boeken (juist in het industriële tijdperk) en zullen stoommachines zich ontwikkelen. Een andere nieuwe tak verschijnt ook: elektromagnetisme, met Maxwell (1831–1879). Deze nieuwe tak verenigt elektriciteit met magnetisme, en dit met eenvoudige experimenten (en in theorie ook met wiskunde): een elektrische stroom die in een draad stroomt, wekt een magnetisch veld op. Het is de beweging van vrije elektronen die tegelijkertijd met een elektrische stroom een ​​magnetisch veld creëert. Maar de belangrijkste ontdekking van de eeuw zal ongetwijfeld die van het meten van de lichtsnelheid met behulp van de interferometer zijn door twee Nobelprijswinnaars: Edward Morley (1838-1923) en Albert Abraham Michelson (1852-1931) . Ze merken op dat de lichtsnelheid in alle referentiekaders van hetzelfde medium hetzelfde is, een ontdekking die voor een omwenteling in de dynamiek zorgt. Inderdaad, een waarnemer die met hoge snelheid beweegt, en een waarnemer die stationair is, in een bepaald referentiekader, zal een foton met dezelfde snelheid zien passeren, wat in strijd is met de dynamica van de fysica: een waarnemer die in hetzelfde kader beweegt. gevoel van het foton met hoge snelheid, zou het minder snel moeten zien vorderen dan een waarnemer in rust (in een bepaald referentiekader) [1]. Dit is alleen te verklaren met het principe van lengtecontractie, waarvan Fitzgerald (1851-1901) en Lorentz (1853-1928) aan de oorsprong liggen. De klassieke mechanica wordt dus tegengesproken.

Het duurde tot Einstein (1879-1955) om deze verrassende ontdekking te verzoenen met mechanica. In 1905 publiceerde hij zijn speciale relativiteitstheorie die bewijst dat als de lichtsnelheid niet verandert, er een beweging volgt uit een vervorming van ruimte en tijd. Zo laat hij zien dat ruimte en tijd geen constanten zijn, maar verwijden en samentrekken, vandaar de ingebeelde ervaring van de Langevin-tweeling (1872-1946) wiens ouderdom anders zou zijn naargelang ze al dan niet waren. reizen met hoge snelheid of niet (in verhouding tot een bepaalde maatstaf) [1]. De algemene relativiteitstheorie, ontwikkeld tussen 1907 en 1915 door Einstein, zal de speciale relativiteitstheorie verzoenen met een zwaartekrachttheorie. Albert laat inderdaad zien dat gravitatie volgens hem slechts een vervorming van ruimte-tijd is. Als een bal die we op een rubberen plaat leggen, zou de vervorming van de laatste een aantrekkingskracht genereren omdat een lichaam de zwaartekrachtlijnen volgt die we geodeten noemen.

De algemene relativiteitstheorie zal het toepassingsgebied van de Newtoniaanse mechanica verminderen, omdat de laatste niet langer werkt voor lichamen die met zeer hoge snelheid bewegen. Het zal ook leiden tot nieuwe concepten, zoals het zwarte gat, die onlangs zijn gedetecteerd. Ook de natuurkundige Hubble (1889-1953) zal aantonen dat de sterrenstelsels van elkaar af bewegen (in tegenstelling tot wat de Newtoniaanse mechanica ons zou kunnen doen geloven), vandaar dat het idee van de uitbreiding van het heelal voortgezet naar een evenement dat "Big Bang" zal heten. Op het gebied van de kwantummechanica zal Ernest Rutherford (1871-1937) leiden tot buitengewone ontdekkingen in de kernfysica. Hij ontdekte ioniserende stralen zoals radioactiviteit, alfastralen en bètastralen. Zijn ervaring met het gouden atoom zal het bestaan ​​benadrukken van een kern die de positieve ladingen van het atoom samenbrengt en verantwoordelijk is voor zijn massa.

Vandaag de dag

De natuurkunde heeft daarom een ​​solide basis om nieuwe ontdekkingen en nieuwe uitvindingen mogelijk te maken. Het blijft nog steeds om de onverenigbaarheid op te lossen tussen de kwantummechanica en de algemene relativiteitstheorie, die radicaal verschillend zijn. Alle ontdekkingen van de afgelopen tweehonderd jaar lijken tot hetzelfde punt te leiden, om samen te komen, vandaar het idee van een theorie van alles en van een hoofdvergelijking die momenteel het onderwerp is van intensief onderzoek door natuurkundigen. . Computers en machines zorgen ervoor dat de natuurkunde sneller en nauwkeuriger kan bewegen. Onlangs zal de opening van de LHC ("Large Hardron Collider") bij CERN ("European Council for Nuclear Research", officieel: "European Organization for Nuclear Research") de geheimen van materie en misschien zelfs om het universum in het begin te reconstrueren, kortom, het belooft ons veel verrassingen. Dankzij wiskunde, informatica en technologie blijven de natuurwetenschappen vooruitgaan en wordt de geschiedenis van deze prachtige wetenschap nog steeds geschreven ...

[1] We spreken altijd van beweging met betrekking tot een referentiekader (solide beschouwd als vast)

Bibliografie

- Jean Rosmorduc, Een geschiedenis van fysica en scheikunde. Punten Sciences, 1985.

- Jean Perdijon, Geschiedenis van de natuurkunde. Dunod, 2008.


Video: 10 Bizarste Dingen Gekocht door Rijke Mensen (Oktober 2021).