Kratka istorija fizike

Od davnina čovek se interesovao za svet u kome je živeo. Ljudi su pokušavali da shvate procese koji su se oko njih dešavali, da ih opišu i predvide. Prva „meta“ ljudske radoznalosti bile su stvari u neposrednoj blizini – zašto stvari padaju na zemlju ako nemaju oslonac, koja su sličnosti, a koje razlike između leda, drveta, vode i vazduha itd. Kako je sve više uspevao da razume svakodnevni svet čovek je počeo da razmišlja i o prirodi svemira, obliku Zemlje, kretanju Sunca i Meseca. Bilo je mnogo teorija koje su pokušale da objasne te pojave, ali sve one su to radile na manje ili više pogrešan način. Međutim, bez obzira na netačnost tih teorija, one su ipak dale ogroman doprinost daljem razvoju fizike i ljudskog društva uopšte.

Istorija nauke obično počinju sa Talesom iz Mileta, koji je postao slavan nakon što je uspešno predvideo pomračenje Sunca 585. godine pre nove ere. On je bio prvi koji je pokuša da objasni prirodu na naučan način.  

Teško je izdvojiti najvažnije ideje iz tog najranijeg perioda ali sigurno treba pomenuti učenja Pitagorejaca o tome da je Zemlja okrugla (500. g.p.n.e),  Anaksagore da su Sunce, Mesec i zvezde sastavljene od istog materijala kao i Zemlja, sa tom razlikom da su stene na Suncu usijane (470. g.p.m.e), Demokrita koji je shvatio da se Mlečni put sastoji od mnogo zvezda (385. g.p.n.e) i naravno Aristotelovih prvih zakona fizike o kretanju tela.

Osim posmatranja i tumačenja kako se stvari oko njih kreću stari narodi pokušavali su da razumeju od čega je svet u kome žive izgrađen. Aristotel, i njegovi predhodnici, smatrali su da je svet izgrađen od nekoliko elemenata. Ideja o tome koji su to elementi i koliko ih zapravo ima vremenom se menjala, ali u osnovi uvek je bila ista: voda, vazduh, vatra i zemlja. Prvi čovek koji je verovato da je priroda izgrađena od istih, malih i nevidljivih delića bio je Leukip. Te deliće on je nazvao atomi, od grčke reči atomos koja znači nedeljiv. Leukipovu ideju donekle je izmenio Demokrit koji je smatrao da se atomi međusobno razlikuju, i da je svet izgrađen od više vrsta atoma. Osnove Demokritove ideje potvrdio je Mendeljejev mnogo vekova kasnije (1869. god) kada je postavio periodni sistem elemenata.

Galileo Galilej

Nakon Aristotela sve do XVIIveka nije bilo nekih većih događaja na polju fizike, a u tom veku Galileo Galilej svojim otkrićima stvorio je fiziku koju danas poznajemo. Galilej je sumnjao u zakone koje je postavio Aristotel, ali što je još važnije on je sumnjao u metod istraživanja koji je do tada primenjivan. Za razliku od Aristotela i njegovih sledbenika, koji su smatrali da se priroda može opisati samo razmišljanjem, Galilej je počeo da proverava zaključke do kojih se došlo razmišljanjem. Jednom rečju Galilej je uveo eksperiment u fiziku. Od Galilejevih okrića sigurno treba izdvojiti: Jupiterove satelite (1610. g),  zakon inercije (1613), teorija plime i oseke (1624) i princip relativnosti (1632).

Godine 1687. Njutn je objavio Philosophiae Naturalis Prinicpia Mathematica, verovatno najznačajnije pojedinačno delo u istoriji fizike.  U toj knjizi Njutn je postavio osnovne zakone kretanja (tzv. Njutnovi zakoni mehanike) i gravitacije. Na ovim zakonima bazirana je celokupna klasična mehanika do današnjih dana. Njutnov zakon gravitacije doveo je do prvog ujedinjenja fizike. On je pokazao da isti zakoni upravljaju zemaljskom i nebeskom mehanikom.

Dalji doprinos razvoju mehanike dali su Lagranž (1788. god, Lagranžev formalizam) i Hamilton (1834. g, princip najmanjeg dejstva), a osim njih značajan dopinos dali su Ojler, Dalamber, Laplas, Poason, Jakobi i mnogi drugi.

Početkom VIII veka počinje intenzivan razvoj i drugih grana fizike. Okrićima Bojla (1662, Bojl-Mariotov zakon koji pokazuje vezu između pritiska i temperature idealnih gasova) i  Bernulija (1733, kinetička teorija gasova) postavljaja se temelj za dalji razvoj termodinamike i statističke mehanike. Tompson je 1789. godine demonstrirao pretvaranje mehaničkog rada u toplotu, a 1847 Džul je formulisao zakon o održanju energije.

Veliki doprinos razumevanju električnih i magnetnih pojava dali su Amper (1822, dve žice kroz koje protiče struja međusobno se privlače) i Faradej (1831, magnet koji se kreće proizvodi struju, dinamo, transformator, zakoni elektrolize). Maksvel je 1855. godine ujedinio elektricitet i magnetizam u jedinstvenu teoriju elektro-magnetizma, četri osnovne jednačine kojima su ove pojave opisane i pokazao da elektricitet i magentizam ne mogu da postoje nazavisno jedno od drugog. Maksvelova teorija pokazala je da je svetlost zapravo elektromagnetni talas.

Marija Kiri

U XIX veku istraživanja u oblasti fizke sve više kreću u pravcu proučavanja strukture materije i elektromagnetnog zračenja. Rentgen je 1895. godine otkrio X-zrake, koji su elektromagnetno zračenje visoke frekvence i energije. Godine 1896. Bekerel je otkrio radioaktivnost. Radioaktivne pojave dalje su proučavali Pjer i Marija Kiri. Njihovi radovi postavili su temelj razvoju nuklearne fizike.

Elektron, prva poznata elementarna čestica, otkrio je J. J. Tomson 1897. godine. Sedam godina kasnije (1904) Tomson je postavio modelu atoma sličan ovom koji se i danas koristi. Godine 1913. Bor je postavio dva postulata kojima je gotovo u potpunosti opisao strukturu atoma.

Dve nedelje pre početka XX veka, 14. decembra 1900. godine, Plank je postavio hipotezu da se energija ne emituje kontinualno već u paketićima, tzv. kvantima. Uvođenjem kvanta Plank je pokrenuo razvoj nove fizike, kvantne mehanike, koja će obeležiti vek koji je počinjao. Veliki doprinos početku razvoja kvantne mehanike dao je i Albert Ajnštajn 1905. godine zakonom o fotoelektričnom efektu. Ogroman doprinos razvoju kvantne mahanike i savremen fizike uopšte dali su 1926. godine Hajzenberg, koji je forumlisao princip neodređenosti, prema kome je u mikrosvetu nemoguće istovremeno tačno izmeriti položaj i impuls neke čestice, i Šredinger poznatom talasnom jednačinom (koja nosi njegovo ime). Dalji doprinos razvoju kvantne mehanike dao je Dirak 1928. godine kada je postavio relativističku jednačinu za elektron.

Kvantna mehanika je postavila kreirala matematički alat za fiziku čvrstog stanja, koja izučava svojstva čvrstih tela, kristalnu strukturu, poluprovodnike i superprovodnike. Jedan od pionira razvoja fizike čvrstog stanja je Bloh, koji je 1928. godine opisao ponašanje elektrona u kristalima.

Paralelno sa kvantnom mehanikom rađala se još jedna nova fizika, fizika koja je otvorila pogleda u jedan drugi svet. Godine 1905, jedan tada potpuno nepoznati fizičara, Albert Ajnštajn, objavio je članak pod naslovom „O elektrodinamici tela u kretanju“. Upravo taj članak predstavljao je specijalnu teoriju relativnosti, teoriju koja je opisivala kretanja tela koja putuju brzinama približnim brzini svetlosti. Ajnštajn je uočio problem u ovoj teoriji, ona nije bila saglasna sa Njutnovim zakonom gravitacije i pokušavao je da to reši. To njegovo traganje za teorijom koja će opisati gravitaciju dovelo ga je 1916. godine do Opšte teorije relativnosti.

Tokom drugog svetskog rata fizika beleži nagli napredak, ali najveći napredak postiže se u nuklearnoj fizici, Nemački pokušaji, koji je predvodio Hajzenberg, pravljenja atomske bombe, srećom, ne postiže uspeh. Za to vreme saveznički projekat Menhetn ostvaruje cilj. Tim fizičara predvođen Fermijem je 1942. godine ostvario prvu nuklearnu lančanu reakciju, a 1945. godine izvršena je proba prve atomske bombe u Alamagordu, Novi Meksiko.

Sredinom XX veka veliki značaj dobila je kvantna teorija polja koja je formulisana da bi obeybedila vezu kvantne mehanike i specijalne teorije relativnosti. Danas prihvaćeni oblik ova teorija dostigla je četrdesetih godina prošlog veka  u radovima  Fejnmana, Švingera, Tomonaga i Dajsona. Oni su formulisali teoriju kvantne elektrodinamike kojom su postigli objedinjenje slabe i elektromagnetne interakcije.

Kvantna teorija polja obezbedila je i uslove za razvoj moderne teorije elementarnih čestica, koja izučava najfuntamentalnije stvari u prirodi – sile i najsitnije čestice koje izgrađuju čitav Univerzum. Temelj standardnog modela elementarnih čestica postavili su 1954. godine Jang i Mils. Ovaj model je upotpunjen 1970. godine i za sada uspešno opisuje sve poznate čestice i interakcije u prirodi.

Od vremena Galileja do današnjih dana fizika je beležila sve brži i brži napredak. Najintenivniji razvoj desio se početkom XX veka. Ono što je pre nekoliko decenija, godina ili dana bila fizika, ili neka druga nauka, postalo je, ili će tek postati, tehnologija. Koliko god neka istraživanja delova „besmislena“, sa praktične strane, nikada se ne zna šta od neke teorije ili iz istraživanja može da nastane i kavu će primenu ona imati u budućnosti.