تاریخ فیزیک

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

به عنوان یکی از شکل‌های علم فیزیک(از زبان یونانی: φύσις تلفظ:فیزیس به معنی «طبیعت») به طور تاریخی از فلسفه گسترش یافت و در زمان گذشته به فیزیک به نام فلسفه طبیعی شناخته می‌شد و اصطلاحی بود برای بیان زمینه‌ای که بررسی‌اش «نحوه کار طبیعیت» بود.

عناصری که فیزیک را تشکیل می‌دهند از رشته‌های اخترشناسی، اپتیک و مکانیک مشتق شده‌اند که از طریق بررسی هندسه در یک حوزه جمع می‌شوند. این قوانین ریاضی از تاریخ باستان با تمدن بابل و نویسندگان هلنی مانند ارشمیدس و بطلمیوس آغاز شده‌است. در همین حال، فلسفه‌ای که شامل فیزیک می‌شد و بر روی موضوعات تشریحی (نه توصیفی) تمرکز می‌کرد عمدتا حول عقاید ارسطو درباره علت‌های چهارگانه وی، رشد یافت.

حرکت به سوی درک منطقی از طبیعت حداقل از دوره کهن یونان (۶۵۰ پیش از میلاد مسیح – ۴۸۰ پیش از میلاد مسیح) با فیلسوفان پیشاسقراطی آغاز گشت. تالس (قرون ۶ و ۷ پیش از میلاد) لقب پدر علم را برای امتناع از پذیرش توصیفات مختلف مافوق طبیعی، مذهبی یا اساطیری برای پدیده‌های طبیعی گرفت، او معتقد بود که هر واقعه‌ای در جهان، یک علت طبیعی دارد.[۱]

لئوکیپتوس (نیمه اول قرن ۵ پیش از میلاد) نظریه اتمیسم را گسترش داد – این نظریه به این صورت است که: همه چیزها به طور کامل از اجزاء تفکیک ناپذیری به نام اتم تشکیل شده‌اند. این نظریه به وسیله دموکریت به طور مفصل شرح داده شده‌است.

تاریخ اولیه[ویرایش]

جستار وابسته: تاریخ اخترشناسی

منشا بسیاری از علوم در طول تاریخ فلسفه بوده، ولی فیزیک در اصل از فلسفه طبیعی مشتق شده‌است. اصطلاحی که زمینه مطالعاتی «کارکرد طبیعت» را توضیح می‌دهد. آنچه باعث ایجاد شاخهٔ فیزیک در دانش شد به زمینه‌های اخترشناسی، نورشناخت و مکانیک باز می‌گردد که پایهٔ نخست همهٔ آن‌ها هندسه بود. سرآغاز این رشته‌های ریاضیاتی را باید در دوران باستان و در تمدن‌های بابل و هلنی جستجو کرد. دانشمندانی مانند ارشمیدس و کلاودیوس بطلمیوس به آن دوران تعلق دارند. در آن دوران فلسفه و آنچه که فیزیک را در بر می‌گرفت بیشتر به توضیح و فهم کلی پدیده‌ها می‌پرداخت تا به مطالعهٔ عمیق آن‌ها، این روش بیشتر در دورهٔ ارسطو و در بحث‌هایی مانند علت‌های چهارگانه گسترش یافت.

حرکت رو به جلو در علم و مطالعهٔ ریشه‌ای و عمیق پدیده‌های طبیعت، می‌توان گفت دست کم از دورهٔ Archaic Greece و در میان سال‌های ۴۸۰ تا ۶۵۰ پیش از میلاد، با فلسفهٔ پیشاسقراطی آغاز شد. تالس فیلسوف سده‌های ۶ و ۷ پیش از میلاد، چون از پذیرش دلیل‌های فرای طبیعی و آوردن توضیح‌های افسانه‌ای و مذهبی برای پدیده‌های طبیعی سر باز زد و ادعا کرد که هر رویدادی باید عاملی طبیعی داشته باشد، عنوان «پدر علم» (به انگلیسی: the Father of Science) را از آن خود کرد.[۱] لئوکیپوس (فیلسوف) (نیمهٔ نخست سدهٔ ۵ پیش از میلاد) مکتب اتم‌گرایی را ایجاد کرد و پس از او دموکریت این مکتب را به تفصیل توضیح داد. اتم‌گرایی به این معنی است که هر چیزی در جهان از عنصرهایی تغییر ناپذیر و تجزیه نشدنی به نام اتم ساخته شده‌است.

ارسطو (۳۸۴–۳۲۲ پ. م.)

ارسطو (به یونانی: Ἀριστοτέλης, Aristotélēs) (سال‌های ۳۸۴ - ۳۲۲ پیش از میلاد) شاگرد افلاطون این اندیشه را پیشنهاد کرد که مشاهدهٔ پدیده‌های فیزیکی در نهایت منجر به شناخت قوانین طبیعی حاکم بر آن‌ها می‌شود. او این پیشنهاد را در قالب یک کتاب با نام «فیزیک» (Physics) ارائه کرد. در دوران کلاسیک یونان (سده‌های ۴، ۵ و ۶ پیش از میلاد) و دوران تمدن هلنی، فلسفهٔ طبیعی کم کم گسترش یافت و به یکی از شاخه‌های پُر تکاپوی دانش تبدیل شد.

در اوایل دوران کلاسیک یونان کروی (گِرد) بودن زمین برای عموم مفهومی جا افتاده بود و نزدیک به سال ۲۴۰ پیش از میلاد بود که اراتوستن (۱۹۴ تا ۲۷۶ پیش از میلاد) با دقت خوبی توانست پیرامون کرهٔ زمین را برآورد کند. در برابر اعتقاد زمین‌مرکزی ارسوط, آریستارخوس ساموسی (به یونانی: Ἀρίσταρχος) (سال‌های ۲۳۰ تا ۳۱۰ پیش از میلاد) برهان روشنی بر مرکزی بودن خورشید و نه زمین در منظرمهٔ شمسی آورد. Seleucus of Seleucia از پیروان نظریهٔ آریستارخوس بود و او بود که پی برد، هنگامی که زمین به گرد خورشید در حرکت است همزمان به دور خودش نیز می‌گردد. برهانی که آن زمان Seleucus of Seleucia ارائه می‌کند در دسترس نیست ولی پلوتارک دربارهٔ او گفته‌است که Seleucus of Seleucia نخستین کسی بود که نظریهٔ مرکزی بودن خورشید را با دلیل اثبات می‌کند.

در سدهٔ سوم پیش از میلاد ریاضی دان یونانی، ارشمیدس پایه‌های دانش ایستاشناسی سیالات و استاتیک را بنا می‌کند و قانون اهرم را توضیح می‌دهد. وی در سال ۲۵۰ پیش از میلاد بر روی اجسام شناور کار می‌کند و در نهایت به قانونی با نام قانون ارشمیدس دربارهٔ شناوری دست می‌یابد. کلاودیوس بطلمیوس ستاره شناس نامدار، نوشته‌ای مفهومی در زمینهٔ اخترشناسی به نام المجسطی فراهم می‌کند، نوشته‌ای که بعدها پایهٔ بسیاری از زمینه‌های دانش شد.

ابن هیثم , ۹۶۵–۱۰۳۹, بصره

بیشتر دست نوشته‌های دانشمندان باستان از بین رفته‌است حتی کارهای بسیاری از اندیشمندان پرآوازهٔ آن دوران نیز از دست رفته و تنها بخش اندکی از آن‌ها به جای مانده‌است. برای نمونه هیپارکوس دست کم چهارده کتاب نوشته بود که می‌توان گفت هم اکنون هیچکدام از آن‌ها به طور مستقیم در دسترس نیست. از ۱۵۰ مورد کارهای خوب مربوط به سامانهٔ فلسفی ارسطویی تنها ۳۰ مورد برجای مانده که تعدادی از آن‌ها نیز بیشتر شبیه یک مقاله‌اند تا یک کتاب. در تمدن اسلامی در دوران خلافت عباسیان بسیاری از کارهای دانشمندان دورهٔ باستان جمع آوری شد و به عربی ترجمه شد. همچنین فیلسوفان اسلامی مانند ابویوسف کندی، فارابی، پور سینا و ابن رشد مفاهیم مطرح شده در میان اندیشمندان یونان را به زبان خود و با توجه به مفهوم‌های آشنای خود باز ترجمه کردند و توضیح دادند. برجسته ترین این تلاش‌ها از سوی ابن هیثم و ابوریحان بیرونی[۲][۳] بود و نکتهٔ مهم اینجا است که این دانشمندان اسلامی این کارها را پیش از آنکه محققانی چون راجر بیکن و ویتلو در غرب آغاز کنند، انجام داده بودند.

دانش دوران باستان با ترجمهٔ از عربی به لاتین دوباره به دنیای غرب وارد شد ولی این بار این ترجمه‌ها با نظرهای الهی اسلام و یهود در گوشه و کنار آن‌ها آمیخته شده بود و این رویداد تاثیر مهمی بر فیلسوفان قرون وسطی مانند توماس آکویناس، اخلاق‌گرای اروپایی گذاشت. آکویناس کسی بود که همواره در اندیشهٔ آشتی دادن فلسفهٔ دوران باستان با الهیات مسیحی بود و از ارسطو با نام بزرگترین اندیشمند دوران باستان یاد می‌کرد و در جاهایی که مطلب مغایر با انجیل بود، فیزیک ارسطویی پایهٔ توضیحات فیزیکی کلیساهای اروپا می‌شد.

گالیله و خیزش فیزیک ریاضیاتی[ویرایش]

نوشتار اصلی: گالیلئو گالیله


گالیلئو گالیله (۱۵۶۴–۱۶۴۲)

}} (page 217)</ref> و «پدر فیزیک نوین»،[۴] و «پدر علم»،[۴] و «پدر علم نوین» شناخته می‌شود.[۵] استیون هاوکینگ می‌گوید «گالیله احتمالا بیش از هر شخص دیگری مسئول به وجود آمدن علم نوین است.»[۶] ---> گالیله از کشف ماه‌های گالیله‌ای که در سال ۱۶۰۹ میلادی با تلسکوپ خود انجام داده بود، در کتاب خود سایدروس نونسیوس که در سال ۱۶۱۰ منتشر شد صحبت به میان آورد، و از این فرصت استفاده کرد تا موقعیتی بعنوان فیلسوف و ریاضیدان در دربار خاندان مدیچی بیابد. بعنوان فیلسوف دربار، ازو انتظار میرفت در مباحث فلسفی دربار با دیگر فیلسوفان به شیوه ارسطویی مشارکت کند. او به سبب نوشتارهایش همچون کتب The Assayer و Discourses and Mathematical Demonstrations Concerning Two New Sciences محبوبیت پیدا کرد. این دو اثر گالیله در سال ۱۶۳۲ و پس از اینکه به سبب انتشار کتاب دیگرش گفتگو در باب دو سامانه بزرگ جهان مورد حبس خانگی قرار گرفت چاپ شدند.[۷][۸]

گالیله به بیان ریاضی مکانیک طبیعت علاقه‌مند بود و می‌کوشید حرکت را به صورت ریاضی درآورد. این سنت با تاکید غیر ریاضی مجموعه «تاریخچه آزمایش‌ها» توسط فلسفه‌دانانی همچون ویلیام گیلبرت و فرانسیس بیکن ترکیب شد. و به جنبشی انجامید که در سراسر اروپا به شدت دنبال شد که شامل اوانجلیستا توریچلی و دیگران در ایتالیا، مارین مرسن و بلز پاسکال در فرانسه، کریستیان هویگنس در هلند، و رابرت هوک و رابرت بویل در انگلستان بودند.

فلسفه حرکت دکارتی[ویرایش]

نوشتار اصلی: رنه دکارت


رنه دکارت (۱۵۹۶–۱۶۵۰)

حرکت نیوتونی در مقابل حرکت دکارتی[ویرایش]

سر آیزاک نیوتن (۱۶۴۳–۱۷۲۷)
گوتفرید لایبنیتس (۱۶۴۶–۱۷۱۶)

حرکت دورانی در سده هجدهم[ویرایش]

لئونارد اویلر (۱۷۰۷–۱۷۸۳)

آزمایش‌های فیزیکی در سده هجدهم و اوایل سده نوزدهم[ویرایش]

در همین هنگام، سنت آزمایش‌گری که توسط گالیله و شاگردانش پایه‌گذاری شده بود، به راه خود ادامه داد. انجمن سلطنتی در انگلستان و فرهنگستان علوم در فرانسه مراکز مهمی برای انجام و گزارش کارهای تجربی شدند، و نیوتون خود از تاثیرگذارترین آزمایش‌گران، به ویژه در زمینه آزمایش‌های نورشناختی شد که در آن‌ها یک منشور نور سفید را به طیف‌های رنگی تشکیل‌دهنده‌اش تقسیم می‌کند. او برای این کار و چاپ کتابش با نام نورشناسی در سال ۱۷۰۴ بسیار مورد توجه قرار گرفت. آزمایش‌های در زمینه مکانیک، نورشناسی، مغناطیس، الکتریسیته ایستا، شیمی، و فیزیولوژی در طول سده ۱۸ام آنچنان از هم تمایزپذیر نبودند، ولی تفاوت‌های بنیادین در روش‌های انجام و در نتیجه، طراحی آزمایش آرام آرام در حال پدید آمدن بودند. برای نمونه، تلاش‌ها در زمینه فشار آوردن به واکنش‌های شیمیایی برای بروز نیروهای نیوتونی نافرجام ماندند و در عوض، باعث شکل گرفتن روش‌های مدون برای طبقه‌بندی عناصر شیمیایی و واکنش‌ها شدند.[۹]

ترمودینامیک، مکانیک آماری و نظریه الکترومغناطیس[ویرایش]

ویلیام تامسون (۱۸۲۴–۱۹۰۷), بعدها به نام لرد کلوین شناخته شد

تاسیس فیزیک ریاضیاتی انرژی بین دهه ۱۸۵۰ تا ۱۸۷۰ رخ داد. در حالی که پیر لاپلاس بر روی مکانیک اجرام آسمانی کار می‌کرد و با فیزیکی رابطه داشت که کاملا معلوم (دترمینستیک) و برگشت‌پذیر بود. فیزیک انرژی که فقط به صورت جریان‌هایی از گرما بود مکانیک را به زیر سوال برد. تکیه بر نظریه مهندسی لازار کارنو، نیکولا سعدی کارنو و بنویت پال امیل کلایپرون و آزمایش جیمز ژول مبنی برای تغیرپذیری شکل‌های الکتریکی، گرمایی، شیمیایی و مکانیکی کار؛ و تمرینات امتحان ریاضی کمربیج در ریاضی تحلیلی؛ ویلیام تامسون دایره‌ای از فیزیکدانان تاسیس کرد که کارهای آنان به قانون بقای انرژی (اکنون به نام قانون اول ترمودینامیک شناخته می‌شود) منجر شد. کار آنها به زودی با کار دو فیزیکدان آلمان یولیوس روبرت فون مایر پ هرمان فون هلمهولتز در رابطه با بقای انرژی یکسان در آمد.

لودویگ بولتزمان (۱۸۴۴–۱۹۰۶)

در نظر گرفتن اشارات ریاضی خود را از کار جریان گرما ژوزف فوریه (و اعتقادات مذهبی و زمین‌شناسی وی), تامسون بر این باور بود که اتلاف گرما با زمان به عنوان قانون تشریح شد و اکنون به صورت قانون دوم ترمودینامیک شناخته می‌شود. اگرچه تفسیرهای دیگری از ترمودینامیک توسط رودلف کلازیوس فیزیکدان آلمانی به وجود آمد اما مکانیک آماری توسط لودیگ بولتزمان و فیزیکدان انگلیسی جیمز کلارک ماکسول تاسیس شد که انرژی را اندازه‌گیری سرعت ذرات می‌دانست. کلازیوس با ربط دادن احتمالات آماری حالتهای ساختاری معین این ذرات با انرژی این حالتها٬ پراکندگی انرژی را میل آماری آرایش مولکولی به سمت حالتهای محتمل و نامرتب در حال افزایش تعبیر کرد. همو بود که واژه «آنتروپی» را برای توصیف حالتهای نامرتب یک سیستم رایج ساخت. برداشت آماری در برابر برداشت مطلق قانون دوم ترمودینامیک مجادله بزرگی را بوجود آورد که چندین دهه ادامه یافت (بحث «شیطان ماکسول» نیز از همینجا سرچشمه گرفت)، تا اینکه فهم و درک رفتار اتمی در قرن بیستم بالاخره به این منازعه پایانی قابل قبول داد.[۱۰][۱۱]

در همین زمان بود که فیزیک نوینِ انرژی، تحلیل پدیده های الکترومغناطیسی را متحول گردانید. این تحولات بخصوص با معرفی مفهوم میدان و نیز انتشار کتاب مشهوری از ماکسول با نام رساله الکتریسیته و مغناطیس در سال ۱۸۷۳ تحقق یافت که خود بخشی از آن بر اساس مطالعات نظریه پردازان آلمانی همچون کارل فریدریش گاوس و ویلهلم وبر بود. توصیف گرما با حرکات ذره ای٬ و نیز افزوده شدن نیروهای الکترومعناطیسی به دینامیک نیوتونی، پایه و تکیه گاه نظری مستحکمی را برای مشاهدات تجربی فراهم نمود. پیش بینی نور بعنوان منتقل کننده انرژی بصورت موج از میان یک «اتر نوری»، و همچنین تایید ظاهری آن پیش بینی بوسیله آشکارسازی تابش الکترومغناطیسی توسط هاینریش هرتز در سال ۱۸۸۸ میلادی٬ پیروزی بزرگی برای فیزیک نظری محسوب گشت، و این فکر امکان وجود نظریات میدانی پایه ای دیگر را باعث گردانید.[۱۲][۱۳][۱۴][۱۵] تحقیق بر روی چگونگی انتقال امواج الکترومعناطیسی در همان زمان با آزمایشات نیکولا تسلا، چاندرا بوز و گولیلمو مارکونی در سالهای ۱۸۹۰ آغاز گردید، که منجر به اختراع رادیو گشت.

سال ۱۹۰۰ و پدیدار شدن فیزیکی نوین[ویرایش]

ماری کوری (۱۸۶۷–۱۹۳۴)

در سالهای حلول قرن جدید میلادی، کاستی هایی رفته رفته در حال پدیدار شدن بودند که پیروزی نظریات ماکسول را کمرنگ تر و کمرنگ تر جلوه و باعث بروز تدریجی نگرانی هایی شدند. بطور مثال آزمایش مایکلسون-مورلی در باب سرعت نور و زاویهٔ حرکت زمین در اتر ناموفق بود. نظر هندریک لورنتز مبنی بر اینکه اتر قابلیت فشرده سازی ماده را داشته که ممکن است به نامریی شدن آن منتهی شود خود مشکلاتی را ایجاد میکرد چرا که یک الکترون فشرده که توسط جوزف جان تامسون بریتانیایی در سال ۱۸۹۷ آشکارسازی گردیده بود ناپایدار قلمداد میشد. از سوی دیگر، اقسام تشعشع های غیر منتظرهٔ دیگری نیز توسط آزمایشگران در حال کشف شدن بود. بطور نمونه کشف قابلیت خودکار برخی مواد در ساطع کردن تشعشعات همانند پرتوی ایکس توسط ویلهلم کنراد رونتگن در سال ۱۸۹۵ و نیز هانری بکرل در ۱۸۹۶ باعث ایجاد هیاهوی زیادی در مجامع علمی گردید. پیر کوری و همسرش ماری کوری واژهٔ «واپاشی هسته‌ای» را جا انداختند تا بتوانند این خاصیت ماده را توصیف کنند. آنها تلاشهای موفقی در منفرد سازی عناصر پرتوزای رادیم و پولونیم از خود برجای گذاشتند. سپس ارنست رادرفورد و فردریک سادی متوجه شدند که پرتوهایی که بکرل مشاهده کرده بود از جنس الکترون (بتا) و هلیم (آلفا) بودند. و در سال ۱۹۱۱ رادرفورد مشخص گردانید که تمرکز جرمی اتمها در هستهٔ آنها بوده و بار مثبت دارد که الکتروهایی را در مداری در گردش به دور خود تجسم میکرد، پیکربندیی که از لحاظ نظری ناپایدار (و لذا ناممکن) مینمود. مطالعات پرتودهی و تلاشی رادیواکتیویته همچنان تمرکز بسیاری از دانشمندان و گروههای محقق علوم فیزیک و شیمی را تا دهه ۱۹۳۰ به خود مشغول گردانید. تا اینکه شکافت هسته‌ای درب بهره برداری عملی از آنچه که انرژی هسته‌ای نامیده شد را متوالیاً باز گردانید.

پلانک اینشتین بور دوبروی بورن دیراک هایزنبرگ پاولی شرودینگر فاینمن
استادان برتر فیزیک نوین

اما در همین دوران، نظریه های افراطی دیگری نیز در حال شکل گیری بودند. در سال ۱۹۰۵ بطور نمونه آلبرت انشتین که در سوییس در دفتر ثبت اختراعات مشغول به کار بود مدعی گردید که سرعت نور در تمام دستگاه های مرجع لخت ثابت است و قوانین الکترومغناطیس بایستی معتبر و مستقل از مفروضات دستگاه مرجع باقی بمانند، که این خود باعث غیر ضروری شدن نظریه اتر گردید و این مفهوم را معرفی کرد که مشاهدات فضا و زمان بستگی به حرکت نسبی مشاهده شونده و مشاهده کننده داشت، مفهومی که به «نسبیت خاص» معروف گردید. و از همین جا سپس تعادل پذیری کمیتهای جرم مادی و انرژی طبق معادله هم‌ارزی جرم و انرژی بیان گردید. در همان سال انشتین در مقاله ای دیگر مدعی شد که نور بصورت کمیتی گسسته («کوانتم») در فضا پراکنده میشود، و این طبق ثابتی بود که ماکس پلانک در سال ۱۹۰۰ بدان رسیده بود که با آن توزیع پرتوی جسم سیاه بطور دقیقی بیان می گشت. انشیتن از همین مفهوم در مقالهٔ خود برای توضیح دادن خواص ناشناختهٔ اثر فوتوالکتریک استفاده کرد. نیلز بور دانمارکی نیز از همین ثابت در سال ۱۹۱۳ برای توصیف چگونگی پایداری مدل اتمی رادرفورد و نیز فرکانس نور ساطع شدهٔ گاز هیدرژنی استفاده کرد.

تحولات اساسی: نسبیت عام و مکانیک کوانتمی[ویرایش]

پذیرش نظریات انشتین و طبیعت کوانتیکی نور و نیز مدل اتمی بوهر همه با هم مشکلات تازه ای آفریدند که منجر به تلاشی تمام عیار جهت بازیابی مجدد مبانی و اصول فیزیک گردید. بسط نسبیت به دستگاه مرجع شتابدار («نسبیت عام») در دههٔ نخست قرن بیستم سرآغاز حرکتی بود که بنیان دانش فیزیک را تکانی مهیب داد: انشتین نظریه ای جدید ارایه کرد که مبنی بر هم ارزی بین نیروی لَخت شتاب و گرانشی بود، که در نتیجه باعث انحنادار و متناهی شدن فضا گردید، که این بنوبهٔ خود منجر به پیشبینی پدیده هایی همچون همگرایی گرانشی و اعوجاج زمان در میدانهای گرانشی گردید.

نظریهٔ اتم کوانتیزه در دهه دوم میلادی مبدل به یک نظریهٔ مجزا و مهمی گردید که به مکانیک کوانتمی معروف شد. تا آن زمان نظریهٔ کوانتمی صرفاً متکی بر «اصل توافق» بود که بیان میدارد نتایج فیزیک کلاسیک باید بصورت حالات حدی نتایج مکانیک کوانتمی در برگرفته شوند. اما این نظریه زمانی روی دور افتاد که اثر کامپتون نشان داد که نور اندازه حرکت داشته و از روی ذرات قابلیت پراشیدگی دارد، و نیز زمانی که لویی دوبروی مدعی شد که همانطوریکه امواج الکترومعناطیس رفتار ذره گونه از خود نشان میدهد، ماده نیز از خود رفتار موجی میتواند نشان دهد، که این مفهوم بنیادی را امروزه با نام دوگانگی موج-ذره بیان میکنند. این اصول جدید کوانتیکی در سال ۱۹۲۵ میلادی توسط ورنر کارل هایزنبرگ، ماکس بورن، و پاسکوال جردن بصورت مکانیک ماتریسی فرمول بندی شدند. این توصیف بر اساس روابط احتمالاتی بین حالات «گسسته» ذرات بیان میگردید و با مفهوم علیت در تضاد قرار داشت. اما یک سال بعد در سال ۱۹۲۶ اروین شرودینگر نظریهٔ کوانتمی معادلی ارایه داد که این بار بر اساس مبانی موج بنا نهاده شده بود و توصیفی دلپذیرتر برای طرفداران فیزیک کلاسیک عرضه میکرد. لیکن اصل عدم قطعیت هایزنبرگ که در سال ۱۹۲۷ ارایه گردید اذعان داشت که اندازه گیری دقیق و همزمان موقعیت و تکانه یک ذره غیر ممکن است، و علاوه بر این نیز تفسیر کپنهاکی (که به افتخار شهر نیلز بوهر نامگذاری گردیده است) کماکان با مفهوم علیت از خود تضاد نشان میداد، تا جاییکه انیشتین خود اغلب از این خاصیت نظریه کوانتمی ابراز نارضایتی میکرد و می‌گفت: «خدا در اداره جهان تاس نمی‌اندازد».[۱۶]

دهه ۱۹۲۰ میلادی همچنین مطالعات ساتیندرا بوز بر روی مکانیک کوانتمیِ فوتون به تولید آمار بوز-انیشتین، نظریه چگالش بوز-اینشتین، و کشف بوزون انجامید.

ساختن بنیادهای فیزیکی جدید[ویرایش]

در سال ۱۹۲۸ در حالیکه فلاسفه سخت مشغول بحث بر سر طبیعت جهان هستی بودند، نظریه های کوانتیکی همچنان در حال تولید نتایج شگفت انگیزی بودند. از جمله پل دیراک دست به فرمول بندی ساختاری نسبیتی برای مکانیک کوانتمی زد. با اینحال، تلاشهای برای کوانتیزه کردن الکترومغناطیس در دهه ۱۹۳۰ با مشکلات جدی مواجه گردید. خصوصاً مسألهٔ صور نامحدود در این نظریه همچنان تا بعد از جنگ جهانی دوم باقی ماند، زمانی که جولیان شوینگر، ریچارد فاینمن، و سین‌ایترو تومونوجا مستقلاً روش بازبهنجارش، که به تولید الکترودینامیک کوانتومی (Q.E.D.) انجامید را ارایه نمودند.[۱۷]

ظهور نظریه میدان‌های کوانتومی و برهمکنش تبادلی و ذرات کوته عمر مجازی (که حاصل خواص قوانین جهان کوانتمی بودند) باعث اشاعهٔ نظریه‌های جدید ذرات بنیادی گردیدند. به ویژه، هیدکی یوکاوا این نظریه را مطرح ساخت که هسته اتم با وجود بار مثبت هسته توسط نیروی برد کوتاهی به هم نگه داشته میشود که واسطش ذره ایست که بزرگی آن میان الکترون و پروتون است. این ذره که در سال ۱۹۴۷ مطرح گردید پیون نام گرفت، و یکی از تعداد ذرات مهمی بود که از دههٔ ۱۹۳۰ به بعد یکی پس از دیگری کشف شدند، از جمله نوترون، پوزیترون (نسخهٔ پادماده الکترون)، و میون. کشف این ذرات اغلب توسط روشهای آشکارسازی همانند اتاقک ابری، امولسیون هسته‌ای، اتاقک حباب، و شمارش هم‌فرودی انجام گرفت. در اوایل، کشف این ذرات اغلب توسط ردهای یونشی پرتو کیهانی صورت می گرفت، لیکن رفته رفته جای خود را به سیستمهای شتاب‌دهنده ذره‌ای دادند که تا به امروز همچنان در حال تکامل به سر می برند.[۱۸]

برهمکنش این ذرات با پراکندگی و واپاشی یک کلید برای پایه‌های تئوری‌های مکانیک کوانتم گردید. موری ژلمن و یوئیل نئومن شروع به تقسیم‌بندی ذرات بر پایه ویژگی‌هایشان کردند و نام آن را راه هشت‌گانه نامیدند، و این موضوع موجب به وجود آمدن جای خالی برای ذرات کشف‌نشده با ویژگی‌های معین شد (مشابه پیش‌بینی‌های علمی مندلیف)٬ که مشهورترین آن Ω
، بود که در آزمایشگاه ملی بروکهیون در سال ۱۹۶۴ کشف گردید، و موجب شد که ایده «کوارک»ها برای ترکیب هادرون به وجود آید. اگرچه مدل کوارک در ابتدا به نظر می‌رسید در توضیح نیروی هسته‌ای قوی ناتوان باشد، اما باعث رقابت نظریه‌هایی مانند نظریه ماتریس اس و، به وجود آمدن کرومودینامیک کوانتومی گردید و در دهه ۱۹۷۰ بالاخره ذرات بنیادی دسته‌بندی شدند، که اکنون به نام «مدل استاندارد» مشهور است و بر پایه ریاضیات نظریه پیمانه‌ای قرار گرفته‌است، که به خوبی توانایی تشریح تمام نیروهایی بنیادی طبیعت به جز گرانش را داشت، و به موضوعی بدل گشت که باید حل شود.[۱۶]

مدل استاندارد با برهمکنش الکتروضعیف و کرومودینامیک کوانتومی به عنوان یک ساختار که در نظریه گروه‌ها به شکل (SU(۳)×SU(۲)×U(۱ نمایش داده می‌شوند به وحدت می‌رسند. فرمول‌بندی اتحاد نیروی الکترومغناطیسی و نیروی هسته‌ای ضعیف در مدل استاندارد توسط عبدالسلام، استیون واینبرگ و، متعاقبا، شلدون لی گلاشو انجام شد. بعد از آن در سرن جریان خنثی ضعیف کشف شد،[۱۹][۲۰][۲۱][۲۲] که بوزون میانجی آن بوزون‌های دبیلو و زد بودند و به همین خاطر در سال ۱۹۷۹ جایزه نوبل فیزیک به این سه نفر تعلق گرفت.[۲۳]

با اینکه مدل استاندارد از طریق پیش‌بینی ذرات و برهمکنش‌های میان آنها در انرژی‌های مختلف به خوبی امتحان خود را پس داده‌است اما هنوز نظریه‌ای مدل استاندارد را با نسبیت عام به شکل یک نظریه واحد در نیارورده‌است اگرچه نظریه ریسمان تلاش خود را می‌کند. از دهه ۱۹۷۰ فیزیک ذرات بنیادی در تلاش بوده‌است تا با بررسی شرایط اولیه بعد از مهبانگ یا به نوعی کیهان‌شناسی زمان‌های اولیه به اتحاد برسد. با این حال از اوایل دهه ۱۹۹۰ مشاهدات اخترشناسی چالش‌های جدیدی را پیش روی اخترشناسان قرار داده‌است همانند چرایی پایداری جهان (مسئله ماده تاریک) و چرایی شتاب جهان (مسئله انرژی تاریک).

علوم فیزیکی[ویرایش]

در قرن نوزدهم میلادی، علم فیزیک بیشتر تا اینکه بر اساس تلاش برای یافتن انرژی و اصول حرکت و قوانین طبیعی ماده بنا شده باشد، غالباً بر اساس روشهای پیشرفته تحلیلی پایه گذاری شده بود که در آن زمان استفاده روزافزون و دسترسی فراینده ای پیدا کرده بودند. علومی همچون صداشناسی، ژئوفیزیک، اخترفیزیک، آیرودینامیک، فیزیک پلاسما، سرماشناسی، و فیزیک حالت جامد به شاخه های دیگر پژوهش فیزیک همانند نورشناخت، دینامیک شاره‌ها، الکترومغناطیس، و مکانیک پیوستند. در قرن بیستم فیزیک حتی با مهندسی برق، مهندسی هوافضا، و مهندسی و علم مواد نیز پیوندهای بسیار نزدیکی برقرار کرد، و فیزیکدانها علاوه بر محیطهای آکادمیک، در آزمایشگاههای دولتی و صنعتی نیز مشغول به کار شدند. با رشد چشمگیر جمعیت فیزیکدانها و بدنبال جنگ جهانی دوم، مرکز ثقل فعالیتهای علمی فیزیک در کشور آمریکا متمرکز گردید. لیکن در دهه های اخیر علم فیزیک بیش از هر زمانی در گذشته حالتی همگانی و بین المللی پیدا کرده است.

گاه شمار آثار مهم[ویرایش]

نام زمان حیات نام اثر بجا مانده
Aristotle Altemps Inv8575.jpg ارسطو ق.م.۳۸۴–۳۲۲ فیزیک
Domenico-Fetti Archimedes 1620.jpg ارشمیدس ق.م.۲۸۷–۲۱۲ اجسام شناور
Claudius Ptolemaeus.jpg کلاودیوس بطلمیوس ب.م.۹۰–۱۶۸ المجستی، چهار مقاله، جغرافیا
Nikolaus Kopernikus.jpg نیکلاس کوپرنیک ۱۴۷۳–۱۵۴۳ گردش کرات آسمانی (۱۵۴۳)
Galileo.arp.300pix.jpg گالیلئو گالیله ۱۵۶۴–۱۶۴۲ گفتگو در باب دو سامانه بزرگ جهان (۱۶۳۲)
Frans Hals - Portret van René Descartes.jpg رنه دکارت ۱۵۹۶–۱۶۵۰ تأملات در فلسفهٔ اولی (۱۶۴۱)
GodfreyKneller-IsaacNewton-1689.jpg آیزاک نیوتن ۱۶۴۳–۱۷۲۷ اصول ریاضی فلسفه طبیعی (۱۶۸۷)
Faraday Cochran Pickersgill.jpg مایکل فارادی ۱۷۹۱–۱۸۶۷ پژوهش‌های تجربی در الکتریسیته (۱۸۳۹ و ۱۸۴۴)
James Clerk Maxwell big.jpg جیمز کلرک ماکسول ۱۸۳۱–۱۸۷۹ رساله الکتریسیته و مغناطیس (۱۸۷۳)
Einstein1921 by F Schmutzer 2.jpg آلبرت اینشتین ۱۸۷۹–۱۹۵۵ الکترودینامیک اجسام غیر ساکن (۱۹۰۵)

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. ۱٫۰ ۱٫۱ Singer, C. A Short History of Science to the 19th century. Streeter Press, 2008. p. 35.
  2. Glick, Livesey & Wallis (۲۰۰۵, pp. ۸۹–۹۰)
  3. Mariam Rozhanskaya and I. S. Levinova (1996), "Statics", p. 642, in Rashed & Morelon (۱۹۹۶, pp. ۶۱۴–۶۴۲):
    "Using a whole body of mathematical methods (not only those inherited from the antique theory of ratios and infinitesimal techniques, but also the methods of the contemporary algebra and fine calculation techniques), Arabic scientists raised statics to a new, higher level. The classical results of Archimedes in the theory of the centre of gravity were generalized and applied to three-dimensional bodies, the theory of ponderable lever was founded and the 'science of gravity' was created and later further developed in medieval Europe. The phenomena of statics were studied by using the dynamic approach so that two trends – statics and dynamics – turned out to be inter-related within a single science, mechanics."
    "The combination of the dynamic approach with Archimedean hydrostatics gave birth to a direction in science which may be called medieval hydrodynamics."
    "Archimedean statics formed the basis for creating the fundamentals of the science on specific weight. Numerous fine experimental methods were developed for determining the specific weight, which were based, in particular, on the theory of balances and weighing. The classical works of al-Biruni and al-Khazini can by right be considered as the beginning of the application of experimental methods in medieval science."
    "Arabic statics was an essential link in the progress of world science. It played an important part in the prehistory of classical mechanics in medieval Europe. Without it classical mechanics proper could probably not have been created."
  4. ۴٫۰ ۴٫۱ Weidhorn, Manfred (2005). The Person of the Millennium: The Unique Impact of Galileo on World History. iUniverse. pp. 155. ISBN 0-595-36877-8. 
  5. Finocchiaro (۲۰۰۷).
  6. "Galileo and the Birth of Modern Science, by Stephen Hawking, American Heritage's Invention & Technology, Spring 2009, Vol. ۲۴, No. ۱, p. ۳۶
  7. Drake (۱۹۷۸)
  8. Biagioli (۱۹۹۳)
  9. Ben-Chaim (۲۰۰۴)
  10. Smith & Wise (۱۹۸۹)
  11. Smith (۱۹۹۸)
  12. Buchwald (۱۹۸۵)
  13. Jungnickel and McCormmanch (۱۹۸۶)
  14. Hunt (۱۹۹۱)
  15. Buchwald (۱۹۹۴)
  16. ۱۶٫۰ ۱۶٫۱ Kragh (۱۹۹۹)
  17. Schweber (۱۹۹۴)
  18. Galison (۱۹۹۷)
  19. F. J. Hasert et al. Phys. Lett. ۴۶B ۱۲۱ (۱۹۷۳).
  20. F. J. Hasert et al. Phys. Lett. ۴۶B ۱۳۸ (۱۹۷۳).
  21. F. J. Hasert et al. Nucl. Phys. B۷۳ ۱(۱۹۷۴).
  22. The discovery of the weak neutral currents, CERN courier, 2004-10-04, retrieved 2008-05-08 
  23. The Nobel Prize in Physics ۱۹۷۹, Nobel Foundation, retrieved 2008-09-10 
  • Aristotle Physics translated by Hardie & Gaye
  • Ben-Chaim, Michael (2004), Experimental Philosophy and the Birth of Empirical Science: Boyle, Locke and Newton, Aldershot: Ashgate, ISBN 0754640914, OCLC 53887772 ۵۷۲۰۲۴۹۷ .
  • Bertolini Meli, Domenico (1993), Equivalence and Priority: Newton versus Leibniz, New York: Oxford University Press .
  • Biagioli, Mario (1993), Galileo, Courtier: The Practice of Science in the Culture of Absolutism, Chicago: University of Chicago Press, ISBN 0226045595, OCLC 185632037 ۲۶۷۶۷۷۴۳ .
  • Bos, Henk (1980), "Mathematics and Rational Mechanics", The Ferment of Knowledge: Studies in the Historiography of Eighteenth Century Science, New York: Cambridge University Press  Unknown parameter |editor۲-last= ignored (help); Unknown parameter |editor۱-first= ignored (help); Unknown parameter |editor۲-first= ignored (help); Unknown parameter |editor۱-last= ignored (help).
  • Buchwald, Jed (1985), From Maxwell to Microphysics: Aspects of Electromagnetic Theory in the Last Quarter of the Nineteenth Century, Chicago: University of Chicago Press, ISBN 0226078825, OCLC 11916470 .
  • Buchwald, Jed (1989), The Rise of the Wave Theory of Light: Optical Theory and Experiment in the Early Nineteenth Century, Chicago: University of Chicago Press, ISBN 0226078868, OCLC 18069573 ۵۹۲۱۰۰۵۸ .
  • Buchwald, Jed (1994), The Creation of Scientific Effects: Heinrich Hertz and Electric Waves, Chicago: University of Chicago Press, ISBN 0226078884, OCLC 29256963 ۵۹۸۶۶۳۷۷ .
  • Darrigol, Olivier (2005), Worlds of Flow: A History of Hydrodynamics from the Bernoullis to Prandtl, New York: Oxford University Press, ISBN 0198568436, OCLC 237027708 ۶۰۸۳۹۴۲۴ .
  • Dear, Peter (1995), Discipline and Experience: The Mathematical Way in the Scientific Revolution, Chicago: University of Chicago Press, ISBN 0226139433, OCLC 32236425 .
  • Dijksterhuis, Fokko Jan (2004), Lenses and Waves: Christiaan Huygens and the Mathematical Science of Optics in the Seventeenth Century, Springer, ISBN 1402026978, OCLC 228400027 ۵۶۵۳۳۶۲۵ 
  • Drake, Stillman (1978), Galileo at Work: His Scientific Biography, Chicago: University of Chicago Press, ISBN 0226162265, OCLC 185633608 ۳۷۷۰۶۵۰ ۸۲۳۵۰۷۶ .
  • Galison, Peter (1997), Image and Logic: A Material Culture of Microphysics, Chicago: University of Chicago Press, ISBN 0226279170, OCLC 174870621 ۲۳۱۷۰۸۱۶۴ ۳۶۱۰۳۸۸۲ .
  • Garber, Daniel (1992), Descartes’ Metaphysical Physics, Chicago: University of Chicago Press .
  • Garber, Elizabeth (1999), The Language of Physics: The Calculus and the Development of Theoretical Physics in Europe, ۱۷۵۰–۱۹۱۴, Boston: Birkhäuser Verlag .
  • Gaukroger, Stephen (2002), Descartes’ System of Natural Philosophy, New York: Cambridge University Press .
  • Glick, Thomas F.; Livesey, Steven John; Wallis, Faith (2005), Medieval Science, Technology, and Medicine: An Encyclopedia, روتلج, ISBN 0415969301, OCLC 218847614 ۵۸۸۲۹۰۲۳ ۶۱۲۲۸۶۶۹ 
  • Greenberg, John (1986), "Mathematical Physics in Eighteenth-Century France", Isis 77: 59–۷۸, doi:10٫۱۰۸۶/۳۵۴۰۳۹ Check |doi= value (help) .
  • Golinski, Jan (1999), Science as Public Culture: Chemistry and Enlightenment in Britain, ۱۷۶۰–۱۸۲۰, New York: Cambridge University Press .
  • Gorini, Rosanna (October ۲۰۰۳), "Al-Haytham the man of experience. First steps in the science of vision" (pdf), Journal of the International Society for the History of Islamic Medicine 2 (4): 53–۵۵, retrieved 2008-09-25  .
  • Guicciardini, Niccolò (1989), The Development of Newtonian Calculus in Britain, ۱۷۰۰–۱۸۰۰, New York: Cambridge University Press .
  • Guicciardini, Niccolò (1999), Reading the Principia: The Debate on Newton’s Methods for Natural Philosophy from 1687 to ۱۷۳۶, New York: Cambridge University Press .
  • Hall, A. Rupert (1980), Philosophers at War: The Quarrel between Newton and Leibniz, New York: Cambridge University Press .
  • Heilbron, J. L. (1979), Electricity in the 17th and 18th Centuries, Berkeley: University of California Press .
  • Hunt, Bruce (1991), The Maxwellians, Ithaca: Cornell University Press .
  • Jungnickel, Christa; McCormmach, Russell (1986), Intellectual Mastery of Nature: Theoretical Physics from Ohm to Einstein, Chicago: University of Chicago Press .
  • Kragh, Helge (1999), Quantum Generations: A History of Physics in the Twentieth Century, Princeton: Princeton University Press .
  • Rashed, R.; Armstrong, Angela (1994), The Development of Arabic Mathematics, Springer, ISBN 0792325656, OCLC 29181926 .
  • Rashed, R.; Morelon, Régis (1996), Encyclopedia of the History of Arabic Science 2, روتلج, ISBN 0415124107, OCLC 34731151 ۳۸۱۲۲۹۸۳ ۶۱۸۳۴۰۴۵ ۶۱۹۸۷۸۷۱ .
  • Rashed, R. (2007), "The Celestial Kinematics of Ibn al-Haytham", Arabic Sciences and Philosophy (انتشارات دانشگاه کمبریج) 17: 7–۵۵, doi:10٫۱۰۱۷/S۰۹۵۷۴۲۳۹۰۷۰۰۰۳۵۵ Check |doi= value (help) .
  • Sabra, A. I. (1989), Ibn al-Haytham, The Optics of Ibn al-Haytham I, London: The Warburg Institute, pp. 90–۱ .
  • Sabra, A. I. (1998), "Configuring the Universe: Aporetic, Problem Solving, and Kinematic Modeling as Themes of Arabic Astronomy", Perspectives on Science 6 (3): 288–۳۳۰ .
  • Sabra, A. I.; Hogendijk, J. P. (2003), The Enterprise of Science in Islam: New Perspectives, MIT Press, pp. 85–۱۱۸, ISBN 0262194821, OCLC 237875424 ۵۰۲۵۲۰۳۹  Unknown parameter |author۱-link= ignored (help).
  • Schweber, Silvan (1994), QED and the Men Who Made It: Dyson, Feynman, Schwinger, and Tomonaga, Princeton: Princeton University Press .
  • Shea, William (1991), The Magic of Numbers and Motion: The Scientific Career of René Descartes, Canton, MA: Science History Publications .
  • Smith, A. Mark (1996), Ptolemy's Theory of Visual Perception: An English Translation of the Optics with Introduction and Commentary, Diane Publishing, ISBN 0871698625, OCLC 185537531 ۳۴۷۲۴۸۸۹ .
  • Smith, Crosbie (1998), The Science of Energy: A Cultural History of Energy Physics in Victorian Britain, Chicago: University of Chicago Press .
  • Smith, Crosbie; Wise, M. Norton (1989), Energy and Empire: A Biographical Study of Lord Kelvin, New York: Cambridge University Press .
  • Thiele, Rüdiger (August ۲۰۰۵), "In Memoriam: Matthias Schramm, ۱۹۲۸–۲۰۰۵", Historia Mathematica 32 (3): 271–۴, doi:10٫۱۰۱۶/j.hm.۲۰۰۵٫۰۵٫۰۰۲ Check |doi= value (help)  .
  • Thiele, Rüdiger (2005b), "In Memoriam: Matthias Schramm", Arabic Sciences and Philosophy (انتشارات دانشگاه کمبریج) 15: 329–۳۳۱ .
  • Toomer, G. J. (December ۱۹۶۴), "Review: Ibn al-Haythams Weg zur Physik by Matthias Schramm", Isis 55 (4): 463–۴۶۵, doi:10٫۱۰۸۶/۳۴۹۹۱۴ Check |doi= value (help)  .
  • Tybjerg, Karin (2002), "Book Review: Andrew Barker, Scientiic Method in Ptolemy's Harmonics", The British Journal for the History of Science (انتشارات دانشگاه کمبریج) 35: 347–۳۷۹, doi:10٫۱۰۱۷/S۰۰۰۷۰۸۷۴۰۲۲۲۴۷۸۴ Check |doi= value (help) .

منابع برای مطالعه بیشتر[ویرایش]