Od Arystotelesa do fizyki klasycznej

Z czego wszystko jest zrobione? Dlaczego niebo jest niebieskie? Czy słońce kiedyś zgaśnie? Co się dzieje, gdy uderza piorun? Jak to się dzieje, że światło porusza się o wiele szybciej, niż dźwięk?

Dlaczego jabłko spada z drzewa w dół a nie do góry? I jak takie jabłko może zamienić się w energię, dzięki której można wspiąć się na tamto drzewo? Na te wszystkie pytania próbuje odpowiedzieć fizyka. Pytania dotyczące materii, światła, elektryczności, ruchu, energii. Pytania o czas, przestrzeń, przyczynę i skutek.

Od wieków ludzie próbują zrozumieć, jak działa natura. Opierając się na codziennych doświadczeniach zdefiniowaliśmy prawa i zasady, które nią rządzą. Nawet jeśli nigdy nie uczyliście się fizyki w szkole, będziecie intuicyjnie wyczuwać, jak to wszystko działa. Wszyscy mamy intuicyjne wyczucie praw rządzących naturą, np. wiemy że podniesienie dużego kamienia wymaga większej siły niż podniesienie małego.

I jeśli coś upuścimy, spadnie to na ziemię. A także że światło i ciepło mają ze sobą coś wspólnego. Z tą intuicyjną fizyką są jednak pewne problemy. Po pierwsze, czasem może prowadzi nas na manowce. Inaczej mówiąc: nie zawsze jest poprawna.

Po drugie, na wiele pytań nie uzyskamy odpowiedzi na podstawie samych tylko doświadczeń z życia codziennego, a gdy ludzie nie dostają dobrych odpowiedzi, wymyślają własne. Kiedyś myśleli na przykład tak: niebo to pewnie gigantyczna miska, a gwiazdy to małe dziurki w tej misce i przez nie przedostaje się światło. Ziemia to olbrzymia płaszczyzna leżąca na czterech słoniach. Dlaczego słonie nie spadają? Oczywiście dlatego, że stoją na wielkim żółwiu.

Gdy działo się coś, co nie było efektem bezpośredniego działania człowieka, ludzie dochodzili do wniosku, że musiało to pochodzić od demonów, bogów lub duchów. W starożytnej Grecji, będącej kolebką znacznej części współczesnej filozofii i matematyki, ludzie dużo zastanawiali się nad tymi kwestiami. Dzisiaj takie pytania stanowią element fizyki. Jeden z najwybitniejszych ludzi swoich czasów, Arystoteles, podobnie jak inni widział, że kamień spada na ziemię, gdy się go upuści. Wyjaśniał to tak, że kamień jest częścią natury, dlatego tęskni za powrotem do ziemi.

W podobny sposób Arystoteles uważał, że Księżyc i planety mają wewnętrzne pragnienie krążenia po swoich orbitach. Większość poglądów Arystotelesa uznawano za prawdziwe jeszcze przez około 2 000 lat. Fizyka Arystotelesa była dość dobrze dopasowana do sposobu, w jaki ludzie spontanicznie postrzegali prawa natury. Dobrze odzwierciedlała nasze intuicyjne pojmowanie fizyki. Większości ludzi intuicja podpowiada na przykład, że ciężki przedmiot będzie spadał szybciej, niż lekki.

I choć wystarczy prosty eksperyment, żeby udowodnić, że nie jest to prawdą, dopiero pod koniec XVI wieku włoski naukowiec, Galileusz, pokazał, co tak naprawdę się dzieje. Ciężka, żelazna kula spada w takim samym tempie, jak lekka kula z drewna. To był początek nowej epoki w nauce. Już nie intuicja, dogmaty, tradycja czy religia decydowały o tym, co jest prawdą, a co nie. Szerzył się nowy sposób rozumowania, oparty na eksperymentach, logice i kwestionowaniu dawnych prawd.

Oczywiście nie wszystkim się to podobało. Gdy Galileusz wyjaśnił, że Ziemia krąży wokół Słońca, a nie odwrotnie, jak uważał Arystoteles, został zaatakowany przez papieża i Kościół katolicki. Galileusza zmuszono do zaprzeczenia jego naukowych wniosków, grożono mu torturami i nałożono na niego areszt domowy. Jednak pomiary, obliczenia i argumenty przedstawione przez Galileusza były tak przekonujące, że Kościołowi nie udało się powstrzymać szerzenia nowych poglądów. Tym samym rozpoczęła się era, w której naukowcy zaczęli kwestionować dawne prawa, zaś wiele tajemnic fizyki zyskało nowe, lepsze wyjaśnienia.