Fisica
La fisica es la sciéncia naturala qu'estúdia lei proprietats fondamentalas de la matèria e de l'espaci temps. Son nom vèn d'un mòt grèc liat a l'explicacion e a la significacion dei causas de la natura. Vengut fòrça rar après la fin de l'Empèri Roman, lo mòt « fisica » venguèt tornarmai popular a partir dau sègle XVII per designar la sciéncia novèla pertocant lo movement dei còrs e dei proprietats dei materiaus. Aquela sciéncia se desvolopèt gràcias a l'utilizacion d'un metòde scientific permetent de concebre de modèls validats o non per la realizacion d'experiéncias.
| Sciéncias | |
|---|---|
 | |
La fisica es donc un dei domenis scientifics modèrnes pus vièlh de l'istòria umana. Au començament dau sègle XXI, èra devesida entre divèrsei teorias centralas (relativitat, mecanica quantica...) e disciplinas especializadas (fisica dei particulas, fisica atomica, optica...). Pasmens, per mescla amb d'autrei disciplinas scientificas, la fisica a tanben donat naissança a de camps interdisciplinaris grands coma la quimia fisica o la biofisica. Gràcias a sei relacions amb d'autrei disciplinas scientificas, la fisica a tanben un nombre grand d'aplicacions tecnologicas dins la vida quotidiana.
Etimologia
modificar
Lo tèrme « fisica » vèn d'un tèrme grèc η φυσικ que sa significacion es « significacion de la natura ». Foguèt perpetuat per la tradicion filosofica antica car la fisica èra alora una partida de l'ensenhament filosofic. Vengut fòrça rar après l'afondrament de l'Empèri Roman, lo sens d'aqueu mòt evolucionèt gaire. D'efèct, lo mòt es atestat en francés e anglés ancians au sègle XII. Tracta totjorn de la « conoissança dei causas de la natura » e es magerament utilizat per designar la medecina.
Au sègle XV, conoguèt doas evolucions dins un diccionari latin-francés. D'en premier, lo mòt qu'èra solament un nom a format l'adjectiu « fisic » que sa significacion es « ço que se reporta a la natura ». En segond, lo sens dau nom es d'ara endavant « sciéncia dei causas naturalas » (o dei fenomèns naturaus). Son usatge demora limitat. L'evolucion decisiva se debanèt au sègle XVII car lo mòt va se trobar associat au desvolopament de la « filosofia naturala » e dau metòde scientific modèrn sota l'impulsion de sabents coma Isaac Newton. Per exemple, l'òbra principala d'aqueu darrier es dicha Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (en occitan « Principis matematics de la filosofia naturala »). Au sègle seguent, la creacion d'un nombre grand de cadieras de « filosofia naturala » dins leis universitats europèas va popularizar lo mòt que va designar inicialament la sciéncia experimentala puei dirèctament la sciéncia novèla basada sus la realizacion d'experiéncias.
La quimia, que se desvolopèt tanben a partir dau sègle XVII, demorèt inicialament en fòra d'aqueu movement, en causa de son passat ja vièlh sota la forma d'alquimia e en causa d'una definicion diferenta de la « filosofia naturala ». D'efèct, en 1661, èra l'estudi dei principis materiaus dei compausats mesclats. Ansin, lei doas sciéncias conoguèron un desvolopament separat e l'estudi dei transformacions quimicas (reaccion...) demorèt en fòra dau camp d'aplicacion de la fisica.
Istòria
modificarPreïstòria
modificar
La Preïstòria conoguèt pas d'estudis fisicas sota la fòrma modèrna dau mòt. Pasmens, aquela epòca foguèt marcada per lei premiereis observacions umanas dei fenomèns naturaus. Aqueleis observacions mostrèron la repeticion de fenomèns coma l'alternança dei sasons e la possibilitat de lei reprodurre o de leis utilizar. Ansin, la Preïstòria veguèt l'aparicion dei premierei mesuras astronomicas, de la mecanica per lei besonhs de l'arquitectura o dei premierei tecnicas agricòlas.
Antiquitat
modificarDurant l'Antiquitat, apareguèt lei premiers assais per estudiar lo comportament de la matèria. Divèrsei teorias foguèron desvolopadas a partir d'un ponch de vista filosofic o religiós e de l'observacion de fenomèns naturaus. En revènge, l'absència de metòde scientific vertadier empachèt generalament una verificacion e la correccion de teorias erronèas. Pasmens, lo recors a l'experiéncia foguèt pauc a pauc admes. Per exemple, en Grècia antica, d'observacions astronomicas d'Eratòstenes permetèron de determinar l'esferitat dau glòbe terrèstre.
Edat Mejana
modificarLa disparicion de l'Empèri Roman d'Occident e leis invasions barbaras dei sègles V-VII entraïnèron la disparicion de la màger part de la fisica grèga en Euròpa Occidentala. En revènge, aquela sciéncia demorèt dins lei regions bizantinas e musulmanas. De mai, lei sciéncias indianas e chinesas se mantenguèron permetent un desvolopament important dins lei zonas musulmanas situadas a la crosiera d'aqueleis influéncias. Au sègle X, la descubèrta d'otís matematics novèus va permetre una renaissança de la fisica, especialament sus lo continent europèu. Au sègle XII, lo mòt « fisica » i apareguèt tornarmai per designar la medecina qu'èra alora la sciéncia naturala principala. Sota l'influéncia de traduccions d'òbras d'Aristòtel, venguèt basada sus l'observacion de la natura. Aqueu progrès foguèt decisiu vèrs l'aparicion de la sciéncia experimentala. Lei disciplinas principalas d'aqueu periòde èran l'arquitectura, la navigacion, l'idraulica e la mecanica. Pasmens, au sègle XV, maugrat de progrès tecnics apreciables, lei conoissanças de l'epòca mostrèron sei limits per descriure corrèctament certanei fenomèns naturaus coma lo movement deis objèctes. Aquò va menar vèrs un renfòrçament dau ròtle de l'observacion per verificar una teoria e finalament vèrs la revolucion entraïnada per lei trabalhs de Nicolau Copernic.
L'aparicion e l'apogèu de la fisica classica
modificar
Lei sègles XVI–XIX son marcats per l'aparicion e l'apogèu de la fisica classica basada sus l'experiéncia e non plus sus lei recèrcas filosofics. D'efèct, au sègle XVI, lei trabalhs dau Polonés Nicolau Copernic marquèron lo començament d'un trevirament major dins lo domeni scientific. Au contrari d'Aristotèl e de Ptolomèu, Copernic considerava un modèl onte la Tèrra èra en rotacion a l'entorn de Soleu. Aquò va permetre la fondacion de la fisica modèrna per Galileo Galilei (1564–1642) que, maugrat sei problemas amb la Glèisa Catolica, capitèt de melhorar leis otís d'observacion astronomics e de realizar de progrès decisius en cinematica coma l'estudi dei movements accelerats d'un biais unifòrme.
La rigor que mancava a Galilei dins la formulacion matematicas foguèt desvolopada per René Descartes (1596–1650) qu'inventèt lo sistèma de coordinats que tèn son nom e precisèt seis idèas dins lo Discors del Metòde publicat en 1637. Aquela concepcion permetriá de progrès dins lei domenis de la mecanica classica, de l'optica, dau calcul diferenciau o encara de la geometria analitica... Au nivèu filosofic, Descartes ataquèt tanben la sciéncia basada sus lei concepcions d'Aristotèl per denonciar e condamnar seis errors.
Lei trabalhs d'Isaac Newton (1643–1727) que formulèt lei lèis portant son nom e donèt un essor major a la mecanica classica. En 1685, capitèt de generalizar lei lèis de la gravitacion per descriure lo movement deis objèctes. Capitèt de confirmar lo modèl eliocentric dau Sistèma Solar. Sei metòdes de calcul permetèron d'estudiar per la seguida de fenomèns pus complèxes. De son caire, Leibniz (1646–1716) inventèt lo calcul infinitesimau que seis apòrts foguèron considerables e permetèron de desvolopar la fisica vèrs de domenis novèus : energia, lèi de conservacion, definicion de l'espaci e dau temps, dualitat onda-corpuscula. Gràcias a aqueleis evolucions, aqueu periòde veguèt l'evolucion dau sens dau mòt « fisica » qu'acomencèt de designar totei lei sciéncias assaiant d'estudiar lei proprietats generalas de la matèria.
Lo sègle XVIII veguèt tanben de progrès novèus e l'aparicion de domenis d'estudis novèus coma aqueu de l'electricitat. Au sègle XIX, Sadi Carnot i apondiguèt la termodinamica e la descubèrta dau magnetisme entraïnèt l'aparicion de l'electromagnetisme sota l'impulsion de James Maxwell (1831–1879). Pasmens, lo periòde veguèt subretot la descubèrta de problemas mostrant lei limits dei teorias eissidas de la mecanica classica coma la natura de la lutz, lo problema dau raionament dau còrs negre o lo movement de certaneis objèctes astronomics coma Mercuri. Ansin, vèrs la fin dau sègle XIX, lo besonh de teorias novèlas venguèt important e va marcar lo declin de la fisica classica.
Lo trevirament de la fisica classica e lo desvolopament de la fisica modèrna
modificar
Lei darriereis annadas dau sègle XIX e lo sègle XX an vist lo desvolopament de divèrsei teorias novèlas que van permetre de passar lei limits de la fisica classica e entraïnar d'un nombre grand de disciplinas fisicas novèlas que forman la fisica modèrna. Aquò acomencèt amb una tièra de descubèrtas coma aquela de la radioactivitat en 1896. Lei còps decisius son donats amb la formulacion per Max Planck de sa teoria dei quantas e per Albert Einstein de sei teorias de la relativitat. D'ara endavant, la fisica classica permet solament de descriure una partida limitada dei fenomèns coneguts.
Pasmens, de problemas importants que lo principau es l'incompatibilitat entre la relativitat generala e la mecanica quantica. Òr, la descubèrta de certanei fenomèns coma lei traucs negres a mostrat d'una teoria capabla de passar aquela dificultat. La recèrca modèrna assaia donc de trobar una teoria novèla capabla d'unificar aquelei domenis separats. Dins aquò, un problema important es lo limit dei mejans tecnics existent que la precision es generalament pas encara sufisenta per verificar la màger part deis ipotèsis actualas. D'autra part, la fisica modèrna es tanben caracterizada per doas evolucions importantas. La premiera es lo raprochament amb d'autrei domenis scientificas per formar de disciplinas novèlas coma la biofisica, mescla de fisica e de biologia. La segonda es l'utilizacion massiva dei capacitats de l'otís informatica per aumentar fòrtament lei capacitats de calcul deis experiéncias de modelizacion.
Teorias fisicas centralas
modificarLa fiscia tèn d'ensems de teorias diferentas especializadas dins la descripcion de fenomèns diferents. Lei principaus son :
- la mecanica classica que depinta lo movement macroscopic. Es invalida per descriure certanei fenomèns mai sa simplicitat granda fa que sigue encara fòrça utilizada.
- l'electromagnetisme que depinta lei fenomèns conjugant de fenomèns electrics e magnetics coma la propagacion de la lutz.
- la relativitat que depinta l'espaci temps.
- la fisica estatistica que depinta lei fenomèns moleculars e lei cambis de calor.
- la mecanica quantica que depinta lei fenomèns dau monde atomic.
Mecanica classica
modificar
La mecanica classica permet de descriure lo movement dei còrs macroscopics que tènon una velocitat fòrça febla a respèct de la velocitat de la lutz. Au començament dau sègle XX, lo desvolopament de la teoria de la relativitat d'Einstein a mostrat seis insufiséncias. Pasmens, dins son domeni de validitat, la mecanica classica es pus aisada d'utilizar e permet d'obtenir de resultats fòrça pròches d'aquelei trobats per la relativitat. Es la rason que sa popularitat es encara granda entre lei scientifics e leis engenhaires. Dos tipes de formulacions de la mecanica classica existisson. La premiera es la mecanica newtoniana qu'utiliza dirèctament lei principis e lei nocions desvolopats per Isaac Newton. La segonda es la mecanica analitica qu'utiliza una formulacion matematica que permet d'estudiar lo movement gràcias au calcul de variablas pus generalas. Doas formulacions principalas i son utilizadas que son aquela de Lagrange e aquela d'Hamilton.
Electromagnetisme
modificarL'electromagnetisme depinta l'interaccion de particulas cargadas amb de camps electrics e magnetics. Son concèpte foguèt format au sègle XIX per descriure d'un biais unificat lei fenomèns liant camps magnetics e electrics. D'efèct, la mescla d'aquelei tipes de camps entraïna l'aparicion de fenomèns especiaus qu'èran pas descrichs per l'electrostatica e la magnetostatica. L'electromagnetisme engloba l'electricitat e gropa a l'ora d'ara lei fenomèns electrics e magnetics seguents :
- l'electrostatica qu'estudia lei sistèmas electrics a l'equilibri.
- la magnetostatica qu'estudia lei fenomèns creats per un corrent electric estacionari.
- l'induccion magnetica qu'estudia lei fenomèns creats per un corrent electric variables.
- l'electrodinamica qu'estudia lei fenomèns dinamics entre corrents electrics. Se pòu devesir entre l'electronica e l'electrocinetica. Lo premier domeni pertonant l'utilizacion de corrents febles per lo transferiment, lo contraròtle e lo tractament de l'informacion. Lo segond regarda l'utilizacion de corrents mejans o grands per d'aplicacions domesticas o industrialas.
- la radioelectricitat qu'estudia lei transmissions per ondas electromagneticas.
Relativitat
modificar
La relavitat foguèt desvolopat magerament per Albert Einstein au començament dau sègle XX. Es basada sus lei teorias de la relativitat restrencha e de la relativitat generala. La premiera es basada sus dos psotulats formulats :
- lei lèis de la fisica an una meteissa forma dins lei referenciaus inerciaus.
- la velocitat de la lutz dins lo vuege a la mema valor dins totei lei referenciaus inerciaus.
La segonda es una generalizacion de la relativitat restrencha ai referenciaus non galileians. Es una teoria relativista de la gravitacion que depinta lo movement dei còrs en preséncia de matèria. Aquela teoria engloba la mecanica classica. Pasmens, sei principis son diferents car enoncia que la gravitacion es pas una fòrça mai la manifestacion de la corbura de l'espaci temps entraïnada esperela per la distribucion d'energia sota forma de massa o d'energia cinetica.
Fisica estatistica
modificarLa fisica estatistica depinta lo comportament e l'evolucion dei sistèmas fisicas compausats d'un nombre grand de particulas a partir dei caracteristicas de sei particulas. Aquelei darrierei son generalament de moleculas, d'atòms, d'ions, d'electrons, de fotons, de neutrinos o de particulas elementàrias. Pasmens, la fisica estatistica estúdia generalament pas dirèctament lo comportament d'aquelei particulas car es impossible. Per exemple, l'estudi d'un mòl d'aiga necessitariá de mesurar lo comportament de 6,022.1023 moleculas, ço qu'es impossible. L'objectiu es donc de definir lei paramètres macroscopics pertinents (massa volumica, pression, temperatura...) per descriure l'evolucion dau sistèma. Aqueu procediment necessita d'utilizar d'otís matematics estatistics a donat son nom a aquela branca de la fisica.
Mecanica quantica
modificarLa mecanica quantica depinta lei fenomèns fisics se debanant a l'escala atomica o subatomica. Es tanben definida coma la fisica qu'utiliza la constanta de Planck. Foguèt desvolopada dempuei lo començament dau sègle XX per descriure lei fenomèns de raionament dau còrs negre, l'efiech fotoelectric o l'existéncia de raias espectralas. La mecanica quantica es tanben la basa de la descripcion modèrn de l'estrucututa d'un atòm. D'un biais generau, aquela branca de la fisica es caracterizada per de lèis especialas pertocant l'additivitat dei probabilitats e per l'existéncia de grandors fisicas se manifestant solament per de multiples de quantitats fixas dichas quantas.
Metòde scientific e domenis de recèrca principaus
modificarMetòde scientific
modificarLei fisicians utilizan un metòde scientific per experimentar e validar una teoria fisica. Lei teorias fisicas son generalament caracterizadas per una utilizacion importanta de l'otís matematica per lo desvolopament de modèls complèxes capables de depintar lei fenomèns observats pendent leis experiéncias. Lo ròtle deis experiéncias es de confirmar la validitat dei modèls e la descubèrta de fenomèns novèus non explicats per lei modèls existents. Pasmens, dempuei lo sègle XX, la fisica tèn una diferéncia importanta a respèct deis autrei sciéncias en causa de la separacion creissenta entre la teoria e l'experiéncia. D'efiech, mai d'un modèl se pòu pas verificar a l'ora d'ara en causa de l'impossibilitat tecnologic de realizar una experiéncia per lei validar. Ansin, aquò a entraïnat la formacion d'aquela especializacion e lo fach d'una partida importanta de la fisica modèrn es admesa per la communautat scientifica mai pas encara demostrada. Per exemple, lo boson de Higgs, que son existéncia foguèt prevista en 1964, foguèt probablament observat per lo premier còp en 2012.
Domenis de recèrca principaus
modificarCosmologia
modificar
La cosmologia es lo domeni qu'estúdia l'Univèrs coma sistèma fisic. Se caracteriza per lo desvolopament de modèls capables d'explicar la formacion de l'Univèrs observat. Es tanben un camp de desvolopament de teorias novèlas per assaiar d'explicar lei fenomèns mau descrichs per lei teorias actualas.
Planetologia
modificarLa planetologia es la sciéncia de l'estudi dei planetas. Coma aquel objècte d'estudi evoluciona dei còrs rocassós fòrça pichons ai planetas gigantas gassósas, aqueu domeni gropa mai d'un aspèct scientific coma la geologia o la quimia. Dempuei la descubèrta dei premiereis exoplanetas en 1995, la planetologia conois un desvolopament important.
Fisica dei plasmas
modificarLa fisica dei plasmas es la branca de la fisica qu'estúdia lei proprietats, la dinamica e leis aplicacions dei plasmas. Lo nombre grand de plasmas existents entraïna una division importanta que necessita l'utilizacion d'unei disciplinas coma la fisica quantica o la fisica estatistica. De mai, la fisica dei plasmas tèn d'objectius e d'aplicacions variadas segon lei plasmas estudiats car aquel estat de la matèria es fòrça present dins l'environament e dins l'industria.
Fisica deis astroparticulas
modificarLa fisica deis astroparticulas es un domeni novèu pertocant la fisica dei particulas, l'astronomia e la cosmologia. Son objectiu es l'estudi dei proprietats dei particulas composant l'Univèrs. Aquelei particulas pòdon èstre conegudas coma lei neutrinos e lei fotons o ipoteticas coma lei gravitons. Dempuei la fin dau sègle XX, aqueu domeni a vist un desvolopament espectaclós amb, per exemple, la bastida de laboratòri sosterranhs gigants per estudiar lei particulas pus raras de l'Univèrs.
Fisicas atomica e moleculara
modificar
La fisica atomica es lo camp de la fisica qu'estúdia leis atòmes coma de sistèmas isolats. Se concentra magerament sus l'arrenjament deis electrons a l'entorn dau nuclèu e sus lei modificacions d'aqueu darrier. La fisica moleculara estudia de son caire lei moleculas coma de sistèmas isolats. En causa de l'importància dei raionaments electromagnetics sus aquelei sistèmas, lei fisicas atomica e molecula an d'aplicacions importantas dins lo domeni de l'optica.
Optica e fotonica
modificarL'optica es la branca de la fisica qu'estúdia lo tractament e lei proprietats de la lutz e dei raionaments electromagnetics, la vision e lei sistèmas permetent d'emetre o de recebre un raionament electromagnetic. La fotonica es generalament associada a l'estudi dei compausants permetent la generacion, la transmission, lo tractament e la conversion de sinhaus optics. Necessita d'utilizar d'aspècts de l'electronica per la fabricacion deis aparelhs fotonics.
Fisica dei particulas
modificar
La fisica dei particulas es lo domeni qu'estúdia lei constituents elementàris de la matèria e dau raionament e seis interaccions. Es de còps dicha fisica deis energias autas car la màger part dei particulas elementarias son pas establas e pòdon solament èstre observada dins d'accelerators de particulas pendent de collisions d'energia auta entre particulas establas.
Termodinamica
modificarLa termodinamica es la sciéncia de la calor e dei maquinas termicas. Inicialament, èra un domeni grand de la fisica que fa d'ara endavant partida de la fisica estatistica. Tèn donc una importància majora e d'aplicacions dins un nombre grand de domenis fisics diferents.
Fisica de la matèria condensada
modificarLa fisica de la matèria condensada es la branca de la fisica qu'estudia lei proprietats macroscopicas de materiaus formadas d'un nombre grand de constituents liats per d'interaccions fòrtas. Aquò gropa lei solids, lei liquids, lei polimèrs, lei veires... etc. Per de rasons istoricas, se limita ai sistèmas capables d'èstre estudiats dins un laboratòri e non ai sistèmas pus grand de l'Univèrs observable. Segon lo materiau estudiat, es tanben devesida entre divèrsei especializacions coma la fisica dau solid, la fisica dei polimèrs, l'estudi de la matèria mòla... etc.
Biofisica
modificarLa biofisica es una disciplina situada a la frontiera entre fisica e biologia que se concentra sus l'estudi de fenomèns biologics necessitent d'utilizacion d'aparelhs d'observacion fisics. Aquela branca conois un desvolopament important.
Relacion amb leis autrei domenis intellectuaus
modificarRelacion amb leis autrei sciéncias
modificarLa fisica tèn de relacions importantas amb leis autrei sciéncias. Lei pus importantas son amb lei matematicas car la màger part dei lèis e dei relacions fisicas utilizan de notacions matematicas. Ansin, fins au sègle XIX, lei progrès e lei besonhs de la fisica permetèron de desvolopar lei matematicas per donar e desvolopar d'otís novèus. Lei fisicians, coma Isaac Newton o Joseph Fourier, èran donc sovent matematicians e inversament. La fisica tèn tanben de relacions importantas amb la quimia qu'es la sciéncia dei moleculas e dei compausats quimics. Mai d'un domeni scientific modèrn son partejats entre fisica e quimia coma la mecanica quantica, la termoquimia o l'electromagnetisme. Ansin, aqueu domeni interdisciplinari a entraïnat l'emergéncia dau concèpte de quimia fisica (o de fisica quimia). Per la seguida, d'autrei camps interdisciplinaris an aparegut ais interfàcias amb d'autrei sciéncias coma la biologia (biofisica) o l'astronomia (astrofisica).
Relacion amb la tecnica
modificarLa fisica a de relacions importantas amb lo camp tecnologic. D'en premier, lei descubèrtas fisicas pòdon trobar d'aplicacions tecnologicas permetent l'aparicion o lo melhorament de produchs o d'aparelhs. L'exemple pus famós es lo desvolopament de l'arma nucleara que foguèt l'òbra de grops de fisicians e d'engenhaire a partir dei teorias desvolopadas dempuei lo començament dau sègle XX. Pasmens, se pòu citar lo laser que son invencion necessitèt la descubèrta de la mecanica quantica per descriure certanei fenomèns optics. A l'invèrs, la fisica despend tanben de la tecnologia per realizar leis experiéncias necessàrias e validar sei modèls. Per exemple, es lo cas en cosmologia que seis experiéncias necessitan d'utilizar de telescòpis mai e mai complèxs o lo mandadís de sattelits a l'entorn de Tèrra. Dins totei lei cas, es necessàri d'utilizar de mejans tecnologics complèxs que lo foncionament es assegurat per un nombre grand d'engenhaires o de tecnicians.
Ligams intèrns
modificarNòtas e referéncias
modificarBibliografia
modificar- (2006) Penser le monde : une histoire de la physique jusqu’en 1900 (en francés). Vuibert.
- Boudenot, Jean-Claude (2001). Histoire de la physique et des physiciens, de Thalès au boson de Higgs (en francés). Ellipses.
- Albert Einstein, Léopold Infeld (1983). L’évolution des idées en physique (en francés). Flammarion.