Originile fizicii, ca de altfel ale tuturor stiintelor Occidentului, se afla in prima perioada a filozofiei grecilor - sec. VI i.e.n. – intr-o cultura in care stiinta, filosofia si religia nu erau separate. Filosofii apartinand scolii din Milet nu operau asemenea distinctii. Scopul lor era sa gaseasca esenta sau adevarul tuturor lucrurilor, pe care il numeau “physis” . De la acest cuvant grecesc deriva termenul “fizica” si, la inceput, el desemna efortul de cautare a esentei lucrurilor.
Domeniul actual de interes al fizicienilor este constituit de orice inseamna cunoastere rationala (stiintifica); cealalta cunoastere posibila, cunoasterea intuitiva, este apanajul misticii. Ambele, in prezent, sunt abordate si de fizicieni si de mistici.
Discutie:
Vremurile pe care le traim ne-au relevat fapte deosebit de importante:
- cele doua forme de cunoastere nu se exclud; ele se completeaza (sunt complementare). 454i81e Fiecare are dovezile si rezultatele ei concrete si, ca urmare, sustinatorii ei convinsi: cunoasterea rationala - apanajul civilizatiei de tip european - aduce argumentele intrgii tehnici actuale, in timp ce cunoasterea intuitiva - apanajul civilizatiei de tip indo-asiatic - aduce argumentele unor fenomene absolut reale care transcend stiinta actuala, nefiind exprimabile cantitativ (analitic). Se pare ca omul de stiinta modern nu mai are voie sa excluda nici una din cele doua cai de cunoastere si, asa cum o arata numeroase studii de ultima ora, un rezultat obtinut printr-una din cele doua cai, trebuie „verificat” si prin cealalta.
Cunoasterea rationala se realizeaza prin cercetare stiintifica si comporta patru faze distincte:
I. Prima faza consta in acumularea de date experimentale (empirice) cu privire la un anumit tip de fenomene ce va constitui ulterior clasa de fenomene investigate.
Discutie:
In cazul obiectului acestei lucrari este vorba despre fenomenele mecanice care vor fi definite ulterior. Etapa acumularii datelor despre astfel de fenomene poate fi considerata ca incepand de la Adam si Eva - practic, de la aparitia constintei umane cu privire la miscare - si pana la cel care a formulat principiile ce guverneaza clasa fenomenelor mecanice, Isaac Newton. Asadar, o foarte lunga perioada Insa nu toate ramurile stiintelor actuale au avut parte de o asemenea istorie indelungata; la extrema „scurta” se poate aminti clasa fenomenelor cuantice unde, de la punerea in evidenta a acestora si pana la formularea principiilor ce le guverneaza nu s-au scurs decat cativa zeci de ani
II. In faza a doua datele experimentale acumulate in prima faza sunt „stranse”, clasificate si sintetizate, astfel incat acestea sa fie specifice numai fenomenului investigat (se elimina fenomenele “parazite”). Odata identificate caracteristicile specifice acestuia, se trece la definirea marimilor masurabile (observabilele fenomenului) si, in finalul acestei etape se asociaza acestora simboluri matematice corespunzatoare (scalari, vectori, operatori, functii reale, complexe etc.) evidentiindu-se relatiile primare dintre ele (cele empirice, oferite de experienta sau deductibile prin consideratii matematice simple). Toate aceste aspecte calitative si cantitative fundamentale se formuleaza in fraze si relatii matematice fara echivoc ce contituie esenta analitica (aceea care se poate scrie) a senzatiilor oferite de simturile noastre - direct sau prin intermediul unor dispozitive construite in vederea „extinderii” domeniului de perceptie al acestora. Spunem ca au fost date principiile teoretice ale clasei de fenomene evidentiate.
Discutie:
Aceasta faza este realizata de un numar foarte restrans de oameni de stiinta. Este apanajul geniilor absolute (Newton, Maxwell, Einstein, Schrödinger, Heisenberg), de a sesiza aspectele calitative si cantitative esentiale ale unei clase de fenomene, de a le structura conform criteriilor firesti date de insasi natura si, in final, de a „extrage” esenta analitica cu privire la acestea, numai in cateva fraze si formule simple
In sensul acestor afirmatii si al obiectului nostru de studiu, trebuie sa remarcam geniul deosebit al lui Newton. Dupa o perioada de mari framantari si izolare (se pare ca s-a retras timp de 10 ani din viata publica), acesta a sesizat natura intrinseca a fenomenelor mecanice (marea descoperire „calitativa” cu privire la acestea reprezentand-o frecarea dintre corpuri), a sesizat importanta esentiala a unor notiuni primare ca viteza, acceleratie, forta etc. si-a construit aparatul matematic necesar pentru a modela matematic aceste notiuni (este vorba despre calculul diferential si cel integral) si, in final, a formulat cele trei principiiale mecanicii clasice sub o forma forte apropiata de cea binecunoscuta in prezent.
III. In cea de-a treia faza, plecand de la marimile si relatiile simple stabilite in stadiul anterior, pe baza unor operatii de logica matematica (inductie si deductie) ce vizeaza o abstractizare si o generalizare cat mai inaintate, se elaboreaza o schema matematica a fenomenului investigat ce realizeaza interconectarea riguroasa si unica a marimilor definite initial sau derivate din acestea in decursul procesului (in conformitate cu necesitatile impuse de studiul fenomenelor din clasa considerata). O asemenea schema se numeste model matematic sau, daca este mai complex, teorie.
Discutie:
In ceea ce priveste clasa fenomenelor mecanice, plecand de la principii, Newton a fost primul care a dezvoltat o teorie a fenomenelor mecanice, cunoscuta sub denumirea generica de formalismul newtonian. Aceasta este valabila si in prezent, insa a constituit doar un inceput pentru teorii ulterioare cu grade de abstractizare matemtica superioare. Istoric, sunt consemnate urmatoarele formalisme importante:
- formalismul lagrangean;
- formalismul hamiltonian.
Ultimul, cel hamiltonian, a realizat dezideratul de abstractizare matematica totala, fiind un model matematic absolut, complet lipsit de ambiguitati, de notiuni non-matematice cu posibile sensuri ambigue, interpretabile.
IV. Cea de-a patra faza o reprezinta aplicatiile practice ale teoriei construite pana la acest moment. Pe baza modelului matematic se fac predictii asupra unor experimente viitoare relative la fenomenul investigat; confirmarea acestora reprezinta finalul muncii fizicianului: daca modelul sau este validat de noile experiente, teoria sa este preluata de specialisti (ingineri, tehnicieni etc.) si convertita in diverse tehnologii de imbunatatire a unor aspecte concrete ale vietii.
Discutii:
In momentul in care a elaborat un model matematic pe care stie sa-l foloseasca pentru a face predictii, fizicianul poate fi satisfacut. Dar, daca va dori sa vorbeasca despre rezultatele obtinute unor persoane neavizate (chiar altor fizicieni neavizati cu aparatul matematic dezvoltat in decursul construirii modelului sau) va trebui sa formuleze un model verbal si imaginativ (geometric) care sa corespunda cu modelul matematic. Pentru fizician insusi, formularea in limbaj comun a teoriei sale va constitui un criteriu pentru evaluarea gradului de intelegere a fenomenului.
Modul de abordare a studiului unei clase de fenomene descris mai sus, in care teoria are la baza experimentul, se numeste metoda stiintifica de cercetare a clasei de fenomene respective si este specifica modului de cunoastere rationala, “din aproape in aproape”.
Cunoasterea stiintifica constituie, e drept, componenta majora a cercetarii, dar nu este totul. Ea nu ar functiona daca nu ar fi completata de intuitie; aceasta ofera oamenilor de stiinta revelatii, fiind acea “strafulgerare de moment”, acel “scurt circuit” nejustificabil si impredictibil care se produce pe scoarta cerebrala, fiind raspunzator de creativitatea cercetatorului si de progres in stiinta. Revelatiile apar brusc si nu atunci cand cercetatorul este aplecat asupra ecuatiilor la care lucreaza, ci atunci cand se relaxeaza in cada sau printr-o plimbare prin padure, pe plaja etc. In decursul unor astfel de perioade de relaxare ce urmeaza unor activitati intelectuale de maxima concentrare, intuitia pare sa preia rolul rationalului, producand idei care rezolva problema si constituie deliciul muncii de cercetare.
Asadar, descoperirile in stiinta se fac pe baza metodei stiintifice - apanajul oricarui cercetator sarguincios – si a intuitiei – apanajul geniilor. Teoriile dezvoltate nu au nici o valoare daca nu sunt formulate in limbaj matematic si insotite de o interpretare data in limbaj curent.
Se pune intrebarea fireasca:
de ce este necesar limbajul matematic, abstract si greu de inteles, atata timp cat, in final, trebuie sa ne intoarcem tot la limbajul nostru comun, „cel de toate zilele”?
Raspunsul este urmatorul si el justifica intr-o mare masura de ce oamenii trebuie sa invete „limba matematica”:
Caracterul ambiguu, lipsa de precizie a limbajului nostru uzual sunt adecvate poeticii, care opereaza cu asociatiile si terminologia percepute la nivelul subconstientului. Stiinta, in schimb, are nevoie de definitii clare si de asociatii lipsite de ambiguitate, care sa aiba aceeasi valoare (semnificatie) in oricare punct al planetei (si nu numai) si in orice perioada a istoriei omenirii. Pentru aceasta ea abstractizeaza limbajul curent, limitand semnificatiile cuvintelor si standardizandu-i structura in concordanta cu regulile logicii. Abstractizarea de cel mai inalt nivel a limbajului curent se realizeaza in cadrul limbajului matematic: aici cuvintele au sensuri unice, fiind astfel inlocuite cu simboluri, iar constructiile sintactice sunt inlocuite cu operatiile matematice, acestea coreland in mod riguros si fara echivoc simbolurile implicate.
Discutii:
Opinia ca matematica n-ar fi decat limbajul abstract de cel mai inalt nivel, asa cum l-am descris mai sus, nu este unanim impartasita. Multi oameni de stiinta sustin in prezent tot mai adesea si tot mai argumentat ca matematica nu este numai un limbaj potrivit pentru a descrie natura, ci limbajul naturii insasi. Cel care a afirmat pentru prima data acest lucru a fost Pitagora in faimosul enunt “Lucrurile sunt numere”, el dezvoltand chiar o mistica a numerelor.
In prezent, tot mai multi oameni de stiinta sunt “impinsi” sa considere acest fapt ca real; “presiunea” asupra lor nu vine din “exterior”, adica din partea celor ce accepta deja naturalul limbajului matematic, ci din “interior”, chiar de la natura. Astfel, odata cu descoperirile ciudatelor legi ale micro si macrocosmosului, oamenii de stiinta s-au convins de faptul ca perceptiile noastre – si odata cu ele si limbajul uzual care le descrie – sunt extrem de limitate, anume doar la realitatea imediata, care reprezinta un univers extrem de mic. Pentru ceea ce depaseste aceasta realitate nu suntem inzestrati de natura sa putem percepe – nu avem simturile necesare; de aceea mintea noastra nu poseda nici un model imaginativ al acestei “extrarealitati” si, deci, nici limbajul uzual nu va putea descrie obiectele si procesele suferite existente aici. Suntem ca o “musca” intr-o farfurie: nu putem vedea dincolo de marginile acesteia.
Exemplu
Sa consideram in continuare „banalul” electron. De la descoperirea sa, acesta a ajuns foarte repede sa fie cunoscut de toti oamenii. Dar foarte putini sunt aceia care isi pun o „banala” intrebare:
- cine sau ce esti dumnata, domnule electron?
Adesea am pus aceasta intrebare multor persoane cu care am dezbatut aceasta problema, de la elevi si studenti, la oameni de stiinta romani sau de alta nationalitate. Am primit raspunsuri care de care mai „interesante”. La cerea mea de a mi se explica „mai in detaliu”, in cele mai multe cazuri interlocutorul intra in impas. Pentru a-l scoate din aceasta stare ofer un creion si cer „sa-mi fie desenat electronul”. Uzual, obtin clasicul model Rutherford al atomului, model in care electronii sunt niste „bilute” mici care se rotesc in jurul unei „bile” mai mari, nucleul - precum planetele in jurul Soarelui.
Daca am considera valabil acest model corpuscular al
electronului (si in general al oricarei alte „microparticule”), acesta
fiind asimilat unei sfere solide cu raza medie rezultata din
masuratori de 
, atunci, tinand cont de valoarea 
a momentului cinetic de spin, rezulta ca un punct
de pe ecuatorul sau se va roti cu o viteza de trei sute de ori mai
mare decat viteza luminii in vid. Daca consideram si momentul
magnetic al acestuia, calculul conduce la concluzia ca masa electronului
trebuie sa depaseasca pe cea a protonului, ceea ce este
contrar datelor experimentale. In sfarsit, daca am mentine masa
de repaus a electronului rezultata din masuratori, 
, atunci valoarea momentului magnetic al acestuia conduce la
dimensiuni ale electronului mult superioare intregului atom. Prin urmare,
ipoteza de la care am plecat este falsa.
Daca acum, in locul electronului consideram fotonul, „particula” fundamentala din care este alcatuita lumina si care si-a castigat dreptul la existenta prin verificari si aplicatii de circa un secol, lucrurile sunt si mai complicate. Nu putem nicicum sa ne imaginam - si, desigur, nici sa desenam - o astfel de „microparticula” care in universul nostru ar avea masa zero! Si totusi suntem tentati sa-i conferim caracterul de particula datorita faptului ca este „dotat” cu impuls real, manifestat in universul perceptibil. Amintesc in acest sens devierea masurabila a unui pendul foarte usor „bombardat” cu un fascicul LASER intens, deviatie previzibila teoretic.
Toata aceasta demonstratie conduce la o concluzie generala: nici o „microparticula” nu este particula! Dar atunci ce este? Ce este electronul? Ce este fotonul?
Ei bine, niciodata un om nu va putea desena un electron sau un foton, din simplul motiv ca acestea nu au un corespondent geometric in universul nostru perceptibil. Dupa unele teorii relativ recente, la nivel microscopic avem de-a face cu entitati cu mai mult de trei dimensiuni spatiale si chiar dimensiunea timp este pusa sub semnul intrebarii.
Si totusi, vorbim curent despre electron
si foton, ii folosim in numeroase aplicatii concrete si le
calculam caracteristicile corpusculare. Cum este posibil acest lucru?
Tocmai pentru ca ne salveaza matematica. Ea ne spune ce este
microparticula: o functie de unda complexa, 
, care, impreuna cu semnificatia fizica
cunoscuta la acest moment, reprezinta singurul model actual viabil al acestor
entitati. Asadar, imediat ce depasim micul univers
macroscopic, cel perceptibil de simturile noastre, imaginatia nu ne
mai este de nici un folos, iar singurul mijloc de comunicare cu natura il
constituie modelul matematic.
Natura nu a fost insa cu oamenii “la fel de tirana ca si cu musca”; ea ne-a permis sa ne extindem universul perceptibil. Oamenii au construit diverse dispozitive (microscoape, telescoape, acceleratoare de particule etc.) cu ajutorul carora si-au “largit” spectrul simturilor. Problema grava ce apare este insa aceea ca toate aceste dispozitive de sondare a extrarealitatii umane (microcosmos, macrocosmos etc.) nu ne ofera decat informatii tot de factura simturilor noastre, de fapt singurele pe care le putem percepe (de exemplu, “fotografia” unui electron realizata intr-un accelerator de particule nu ne ofera imaginea electronului, ci efectul trecerii acestuia prin emulsia fotografica, efect detectabil de simturile noastre: o dara pe placa fotografica…). Insa din noianul acestor informatii, oamenii de stiinta au reusit sa desprinda numeroase relatii cantitative, mai intai, si calitative, mai apoi, cu privire la obiectele si fenomenele din extrarealitate. Cu ajutorul lor, prin metoda stiintifica descrisa anterior, sau dezvoltat modele matematice ale acestora, modele ce s-au verificat prin consecintele lor practice extrem de bine. Exemple concrete de astfel de “verificari” sunt arhicunoscute: reactoarele nucleare, laserul, microelectronica etc. Partea deosebita fata de studiul realitatii este insa aceea ca aceste modele nu mai suporta acea “traducere” in limbaj uzual, tocmai datorita faptului ca transcend realitatea palpabila.
In concluzie, cunoasterea realitatii palpabile este posibila atat prin intermediul simturilor noastre (exista modele imaginative – a se vedea exemplul ciocnirii a doua bile), cat si prin intermediul matematicii, in timp ce realitatea extrasenzoriala nu ne este accesibila decat prin intermediul modelului matematic (nu exista modele imaginative – a se vedea exemplul ciocnirii unei „microparticule” cu antiparticula sa, in care ambele dispar, fenomen real ce nu are insa corespondent in imaginatia noastra, in lumea accesibila simturilor noastre).
Toate acease concluzii arata ca limbajul matematic este un limbaj universal, cunoscut atat de noi oamenii cat si de natura, deci singurul in care putem comunica cu aceasta. Cei care nu il cunosc sunt “puscariasii” lumii simturilor noastre, care este atat de mica… Cei care vor sa “evadeze” nu au decat o modalitate: sa invete acest limbaj…
|
