Füüsika ajalugu (0)

Füüsika ajalugu
Joosep Tiismus
Klassikaline füüsika 1700-1900. Kellavärgist soojussurmani
Füüsikat saab kasutada populaarsete praktiliste leiutiste tegemiseks ja sellest on palju kasu, kuna see näib muutvat maailma üha paremaks. Kõige suuremad väljakutsed on elektri tootmine ja milline on soojuse ning energia vaheline seos või mis üldse on soojus .
18. sajandi füüsika maailmapildi kujunemist mõjutab eriti füüsik Isaac Newton, kes oma teedrajava gravitatsiooniseadusega annab esimest korda teadusliku selgituse planeetide liikumisele. Nüüdsest alates on võimalik ette ennustada planeetide orbiite aastaid enne. 18. Sajandis teisel poolel muutus elekter jõukurite mänguasjaks. Valmistati salongid , kus kohaolijad said viibida ja sädemeid vaadata. 1769 aastal paneb James Watt aluse aurumasinale ja sellega paneb paika tööstusühiskonna arengusuunda. Kõikjale ehitatakse aurumootorite jõul töötavaid laevu ja vabrikuid. Füüsikuid hakkab huvitama soojuse, energia ja töö seostest ning samm sammult arenebki välja soojusõpetus.
1820 aastal avastab H. C. Orsted elektromagnetismi ning füüsika võtab hoopis uue suuna. Tema avastus arendab edasi füüsikat Faraday , kes avastab induktsiooni seaduse, mis on elektri tootmise vundament . Elektri tootmiseks ei ole vaja muud kui piisavalt kiiresti pöörlevaid turbiine ja selle ülesandega saab hakkama aurumasin mis on juba läbi teinud tohutu arengu. 60 aastat peale elektromagnetismi avastamist ehitatakse esimene elektrijõujaam, sellega on elektromagnetism ja termodünaamika teineteist leidnud.
Elektrijõujaamad ja telegraafikaablid moodustavad võrgustiku mida võib nimetada mineviku internetiks. Šoti füüsik James Maxwell võtab 1865 aastal rohkem kui 40 aasta jooksul elektromagnetismi alal tehtud eksperimendi kokku vaid neljas võrrandis. Tema võrrandid tõestavad tihedat seost elektri- ja magnetvälja vahel.
Eeter osutub kuumaks õhuks- Maxwelli võrrandite põhjal on võimalik välja arvutada eetri kiiruse. Ta eeldab ,et kogu universumit täidab eeter. Kaks füüsikut üritavad seda tõestada, kuid selleks on vaja valguskiiruse mõõtmeid mida nad ei suuda leida. Seda aga parandab Einstein oma relatiivsusteooriaga.
Tänapäeva füüsika – umbes 1900-2000 Aatomist Universumini
Meie maailmapilt muutub pidevalt. Mõju ja põhjus ei kuulu enam kokku ning aeg ja ruum on suhtelised suurused. Uut füüsikat ei ole võimalik samas ulatuses kui varasemat füüsikat praktiliseks leiutisteks kasutada. Kõige suuremad väljakutsed on kuidas soojuskiirgus eraldub, valguse tekkimise saladus ning aja ja ruumi mõistmine.
1900. jõutakse arusaamisele, et füüsikas on lahendamata probleeme, kuid paljude arvates on neid võimalik lahendada olemasolevates raamides. Ollakse kindlad, et klassikaline füüsika toimib ja see püsib tugeval eksperimendi alusel. Lord Kelvin peab loengu, kus ta räägib oma mõningatest küsimustest, mis esitavad vastupanu klassikalise füüsika suhtes. Tema esimene probleem on keha soojuskiirgus. Teine probleem on asjatu eetri otsingud ning alates 1905. Aastast töötab Einstein sellest lähtudes välja relatiivsusteooria . Tema valem on üldtuntud, kuid tegelikult on see rohkem kui vaid teooria järeldus. See näitab, et valguse kiirus vaakumis on alati sama ning et kõiki teisi füüsika teooriaid tuleks kohandada et nad selle väitega kokku sobiksid. Seetõttu saab nüüd ühendada massi ja energia mis on seni olnud kaks ühitamatut suurust.
Valguse kiirus on konstant, mille väärtus ei sõltu sellest, kuidas me valgusallika suhtes liigume . Liikuva keha jaoks kulub aeg aeglasemalt. Seda sai mõõta siis, kui Harold Lyons leiutas aatomkella. Kui üks kaksikutest läheb kosmosereisile, tajub ta aega normaalselt, kuid kuna aeg tema kiires kosmoselaevas kulub aeglasemalt kui maa peal, on ta oma vennast noorem, kui ta temaga maa peal tagasi kohtub.
Osakesed võivad käituda lainetena. Üks tänapäeva füüsika kõige olulisemaid avastusi on see, et atomaarsel tasandil ei ole looduses osakeste ja lainete vahel mingit vahet. Ei ole sugugi raske seda kaksikpidisust eksperimendiga tõestada. Samamoodi on tehtud kuulus kaksikpilu katse, mis tõestab, et valgus võib käituda nii laine kui ka osakesena. Lõppkokkuvõtteks arvab Bohr , et tegelikult ei ole meil võimalik teada, milline maailm on, kui me seda ei vaatle.
Osakesed on igavesti seotud. Vahest ehk kõige rakemini mõistetav osa loodusest, mida kvantmehaanika meile pakub, on nn põimumine. Kujutagem endale ette, et radioaktiivne aatom laguneb kaheks muuks osakeseks. Kujutagem nüüd ette, et need kaks mõõtmist toimuvad kuul ja Marsil. Võib julgelt öelda, et põimumist ei häiri miski.
Aatomite maailm, ümbritsev maailma ja Universum kokku moodustavad füüsika maailmapildi. Meid ümbritsevas lähimaailmas, kus öö ja päev vahelduvad kindla ennustatava rütmi kohaselt ning kus on käega katsutav erinevus kivi ja veepinnal veereva laine vahel, tunneme end loomulikult väga koduselt. Universumis kohtame taas aga seadusi, millega on meil raske suhtestuda. See mis enamikule võib tunduda käsitamatu, on füüsikutele suur triumf. Sellel on aga suuri takistusi. Esiteks tuleb ühendada relatiivsusteooria ja kvantmehaanika. Seevastu kvantmehaanikas toimub kõik aja ja ruumi passiivses raamistikus. Teine probleem on standardteooria, kus neli looduslikku jõudu ehk vastastikmõju juhivad 24 liiki meteeriaoskaesi.
Tuleviku füüsika – umbes 2000- Teisel pool lõpmatust
Füüsikud seisavad tänapäeval teelahkmel. Kui me püüame luua terviklikku maailmapilti, neelab eksperimentaalne füüsika tohutult ressursse. Kõige suurem väljakutse on kuidas ühendada relatiivsusteooria ja loodusseadusi kui neid mida me tunneme.
Füüsika tähtsus on ühiskonnale viimase 200 aastaga oluliselt muutunud. 21. Sajandi füüsika on abstraktne ning keerukas ja selles on raske näha seoseid mis kõigele vaatamata füüsika ja tehnika vahel on säilinud.
Higgsi osake on kahtlemata kõige rohkem kõneainet pakkunud osake füüsika ajaloos. Füüsikas on teatavad liiki osakesed, mis kannavad edasi vastastikmõju, mida nimetatakse boosoniteks. Selle teooria lahendas paljud probleemid, kuid tekitas ka uusi. Esiteks ei ole me veel Higgsi osakesi näinud ja teiseks me ei tea, kui rasked nad ise on. Higgsi osakeste loomiseks tuleks lasta prootonitel kokku põrgata valguse kiirusele lähedasel kiirusel.
Veel on vara öelda, kas stringiteooria on üks füüsika paremaid leiutusi või kaob see ajaloo prügikasti sarnaselt 18. Sajandi soojusaine kalooriku kohta välja töötatud teooriaga. M- teeoria hõlmab kõiki stringiteooriaid ja asendab ühemõõtmelise stringi elementaarobjektiga, mis kahemöötmelise membraanina võib võnkuda paljudes mõõtmetes. Varjatud mõõtmeid saab paljudel viisidel kokku voltida ja igale viisile vastab loodusseaduste ja looduslike konstantide kindel komplekt. M-teeooria opereerib 10 500 universumiga, millest igaühel on oma loodusseaduste komplekt.
Max Planck
Sündis 1858 ja suri 1947. Ta oli saksa füüsik, keda peetakse kvantteooria rajajaks ning seega 20. Sajandi üheks tähtsamaks füüsikuks. Ta on pälvinud Nobeli füüsikapreemia. Ta pärines intellektuaalide perekonnast. Isa oli õigusteadusprofessor ja tema onu oli kohtunik . Lapsepõlves oli ta väga andekas muusikas.1885-1889 töötas ta Kieli ülikoolis, 1889 Berliini ülikoolis. Oma teadlasekarjääri alustas ta termodünaamika uurimisega. 1900 lõi ta hüpoteesi, et elektromagnetlained kiirguvad ja neelduvad energiakvantide kaupa. See oletus pani aluse kvantteooria algusele ja arengule. 1945 sai ta Goethe auhinna.