Charakter fizyki

"Kłapouchy, poczciwy, bury Osioł, stał nad brzegiem strumienia i patrzył na swoje odbicie w wodzie.
- Imponujące - mówił. - To jest właśnie to słowo. Imponujące.
   Obrócił się i powoli poszedł w dół strumienia. Potem z pluskiem przebrnął w bród wodę,
zaczął iść z powrotem drugim brzegiem strumienia. I znowu spojrzał na swoje odbicie w wodzie.
- Tak jak przewidywałem - powiedział.
- Wcale nie lepsze z tej strony. Ale mniejsza o to. Co komu do tego. Imponujące, i basta."

A.A.Milne "Kubuś Puchatek"

Jeżeli podniesie się z ziemi kamień i upuści go, to zapewne spadnie on z powrotem na ziemię i większość ludzi nie zauważy w jego zachowaniu niczego nadzwyczajnego. Dlaczego kamyk spada na ziemię? To proste! Bo ziemia go przyciąga. Ale co to znaczy, że ziemia go przyciąga, jak i dlaczego to robi? Prawie każdy na takie pytanie odpowie po prostu: "bo tak jest". Ale dlaczego tak jest?"

Bardzo chciałbym napisać, że nauka odpowiada na takie pytania. Niestety nie jest tak do końca. Czasem odpowiedź "bo tak jest" musi wystarczyć. Chociaż potrafimy przewidywać zdarzenia, tłumaczyć wiele zjawisk, to wciąż istnienie i funkcjonowanie przyrody stanowi dla człowieka wielką zagadkę.

Fizyka jest jedną z najtrudniejszych dziedzin nauki, ale też chyba najbardziej fascynującą. Przedmiotem badań fizyki jest świat materialny (przyroda) oraz wszelkie zjawiska w nim zachodzące. Trzeba jednak dodać, iż przedmiotem zainteresowań fizyków są jedynie te podstawowe i ogólne własności materii.

Fizyka opiera się na doświadczeniu. Doświadczeniem (eksperymentem) fizycznym jest pomiar, w którym uwzględnia się wszelkie czynniki mające wpływ na badany układ. Czasem fizycy opierają się na bardzo skomplikowanych konstrukcjach matematycznych, tworzą naukę nie odchodząc od biurka. Jednak zwieńczeniem ich pracy jest zawsze eksperyment, weryfikujący poprawność teorii. Bez doświadczenia nie ma fizyki.

Eksperyment jest powtarzalny i zawsze obarczony pewną niedokładnością. Powtarzalność oznacza, że wyniki eksperymentu wykonanego wczoraj w Nowym Yorku będą takie same (w granicach błędu, o czym napiszę za chwilę) jak wyniki tego samego doświadczenia wykonanego jutro w Koziej Wólce. Oznacza to, że przyrodą rządzą pewne reguły, które nie ulegają zmianie. Jest to wspaniały dowód na istnienie porządku we Wszechświecie, któremu podporządkowane jest absolutnie wszystko, co znamy.

Druga wymieniona wcześniej przeze mnie cecha eksperymentu ogranicza możliwości naszego poznania. Każdy pomiar, obserwacja obarczone są błędem. Pomiar zawsze wprowadza pewne zaburzenie w układzie podlegającym obserwacji. Jeśli coś mierzymy, to zawsze ze skończoną dokładnością. Zatem informacje, jakie otrzymujemy w wyniku przeprowadzenia każdego doświadczenia są nieprecyzyjne. Porównywanie wyników doświadczeń odbywa się więc z uwzględnieniem granic dokładności pomiarów. Bardzo duża dokładność pomiarów zwykle nie jest nam potrzebna, ale by zrozumieć dobrze prawa, jakie rządzą światem materialnym, poznać je lub odkryć nowe, precyzja przy wykonywaniu pomiarów jest niezmiernie istotna.

Zebrane w wyniku eksperymentów dane doświadczalne służą do poszukiwania związków przyczynowych i różnego rodzaju zależności. Na ich podstawie formułuje się prawa fizyczne. Prawa fizyczne mają ograniczony zakres stosowalności, a to dlatego, że określane są na podstawie doświadczeń, które, jak już wiemy, cechuje przecież pewna niedokładność i nie uwzględniają wszystkich możliwych czynników zewnętrznych. Jeżeli jakieś prawo stosuje się w bardzo szerokim zakresie, to możemy o nim powiedzieć, że jest fundamentalne. Nazywa się je również zasadą fizyczną. Zbiór praw tworzy teorię fizyczną.

W fizyce stosuje się różnego rodzaju modele, czyli układy będące uproszczoną kopią rzeczywistego układu. Modele powinny być takie, aby z zadaną dokładnością odpowiadały badanemu układowi. Model upraszcza rozumowanie. Przyroda jest tak skomplikowana, że często nie da się uwzględnić wszystkich czynników wpływających na badany układ. Trzeba więc stosować uproszczenia.

W fizyce wyniki badań podaje się w postaci liczb i praw wyrażonych matematycznie. Matematyka dla fizyka jest tym, czym nuty dla muzyka. To narzędzie pracy, sposób zapisu myśli, służy do formułowania modeli, symulujących różnorodne sytuacje fizyczne. Posługując się rozumowaniem matematycznym można rozwiązać problemy fizyczne, ale pod warunkiem, że rozwiązanie matematyczne podda się odpowiedniej interpretacji. Żeby dobrze zrozumieć fizykę, trzeba bardzo dobrze poznać matematykę. W fizyce prawie wszystko wyraża się za pomocą matematyki i ... nie da się inaczej.

Inne zagadnienia z tej lekcji

© medianauka.pl, 2008-03-30, A-12