Orizontul științei

Bazele ştiinţei moderne au fost puse în perioada Renaşterii (sec.XV-XVI), odată cu apariţia relaţiilor de producţie capitaliste.
Aceeaşi Renaştere, care a lăsat opere nepieritoare în artă, transformă profund conştiinţa umană, prin raportarea la o nouă scară de valori şi situarea pe alte direcţii de acţiune, care promovează încrederea în om şi în posibilităţile sale, dreptul său la gândire şi acţiune liberă, cercetează cu veneraţie operele antichităţii şi se inspiră din cultura greacă şi romană.
Umaniştii au promovat ideea demnităţii omului ca fiinţă autonomă, creatoare, au îndemnat la o morală independentă de religie, bazată numai pe raţiune şi natură.
Tehnica cunoaşte un progres considerabil, fiind marcată de inventarea tiparului, telescopului, lunetei, microscopului.
În cunoașterea Existenței, se dezvoltă mai ales ramurile ştiinţei legate de formele simple ale mişcării cereşti şi terestre. Heliocentrismul, concepţie care atribuie un rol central Soarelui în Univers, iniţiată de Nicolaus Copernicus, a fost un pas important în separarea ştiinţei de religie.
Galileo Galilei a formulat conceptul de lege ştiinţifică, a subliniat valoarea experimentului în cercetare, a descoperit legile pendulului şi principiul inerţiei, a pus bazele cinematicii. Confecționându-şi o lunetă, a studiat corpurile cereşti, munţii de pe Lună, sateliţii planetei Jupiter, petele solare. Pentru concepţiile sale novatoare a fost judecat de Inchiziţie şi obligat să-şi retracteze afirmaţiile.
Legile mişcării planetelor au fost descoperite de Kepler. Nicolo Tartaglia a prezentat o metodă generală de rezolvare a ecuaţiilor algebrice de gradul III. Relaţiile dintre rădăcinile şi coeficienții unei ecuaţii algebrice au fost găsite de François Viète.
Observație. Ecuaţiile algebrice de gradul I şi II fuseseră deja rezolvate cu circa 2000 de ani î.H., aşa cum indică unele documente indiene şi caldeene.
Bazele anatomiei moderne au fost puse de A. Vesalius, iar M. Servet a descoperit circulația mică a sângelui. Tot acum, medicul englez William Gilbert face experienţe de electrizare a corpurilor, iar în anul 1600 compară globul terestru cu un magnet uriaş.
O amploare deosebită o au cercetările în domeniul matematicii. Se inventează logaritmii (John Neper) şi apar noi direcţii în matematică: teoria probabilităţilor (Blaise Pascal), geometria analitică (R. Descartes, Pierre Fermat), geometria proiectivă (Desargues), geometria diferenţială (Leonard Euler, Gaspard Monge).
Formalizarea definitivă şi expunerea sistematică va fi dată în secolul al XVIII-lea și începutul secolului al XIX-lea de către L. Euler, pentru geometria analitică, G. Monge pentru geometria diferențială şi Poncelet, pentru geometria proiectivă.
Gottfrid Wilhelm Leibniz şi Isaac Newton au conceput calculul diferenţial şi integral, L. Euler a introdus integrala dublă, iar Joseph Lagrange, integrala triplă.
Se pun bazele teoriei seriilor, care extind operaţia de adunare la sume cu un număr infinit de termeni. Astfel, Leibniz şi d’Alembert stabilesc criterii de convergenţă a seriilor numerice, Brooke Taylor dă regula dezvoltării în serie de puteri a unei funcţii de o variabilă, care va fi generalizată de J.L.Lagrange pentru funcţii de mai multe variabile. Tot acum Joseph Fourier descoperă metoda dezvoltării unei funcţii periodice în serie trigonometrică.
Se fundamentează studiul ecuaţiilor diferenţiale ordinare (L. Euler, Jacopo Riccati, Alexis Clairot, J.L.Lagrange), se iniţiază studiul ecuaţiilor cu derivate parţiale (d’Alembert, J.L.Lagrange, S. Laplace), precum şi al funcțiilor de variabilă complexă (d’Alembert si L. Euler).
Algebra a avut de câştigat de pe urma lui Michelle Rolle ( a dat o regulă de separare a rădăcinilor unei ecuaţii algebrice), Etienne Bézout (a stabilit teorema care îi poartă numele, referitoare la împărţirea unui polinom printr-un binom), J.L. Lagrange (a sintetizat teoria ecuaţiilor algebrice, a introdus formele pătratice).
Proprietăţile determinanţilor au fost studiate de Théophile Vandermonde, iar S. Laplace dă regula dezvoltării determinanţilor după minori de diferite ordine. Rezolvarea comodă a sistemelor de ecuaţii liniare cu ajutorul determinanţilor este datorată lui Gabriel Cramer.
În fizică se descoperă legea transformării izoterme a gazelor (Robert Boyle, Edme Mariotte), legea refracţiei luminii (Snellius, Descartes), se măsoară presiunea atmosferică (Evangelista Toricelli), se studiază transmiterea presiunii prin fluide (B.Pascal), deformaţiile elastice ale corpurilor (Robert Hooke), bazele mecanicii analitice sunt puse odată cu calculul variaţional (L.Euler, J.L. Lagrange, A. Legendre).
Se fac cercetări în teoria cinetico-moleculară a gazelor de către Daniel Bernoulli, fizician care a fundamentat și hidrodinamica modernă, prin studiul curgerii lichidelor din conducte.
În domeniul electricităţii se exprimă cantitativ interacţiunile dintre sarcinile electrice (Charles-Auguste Coulomb), se construieşte pila galvanică de către Alessandro Volta, considerată cea dintâi sursă practică de curent electric.
În chimie se remarcă Lavoisier, care a sistematizat datele cercetării de până atunci şi a elaborat o teorie a proceselor oxidative (arderi).
Fiziologia urcă noi trepte în cunoaşterea funcţionării organismelor vii, prin descrierea circulaţiei sângelui de către Wiliam Harvey şi observarea vaselor capilare de către Malpighi.
Dar cel mai important reprezentant al revoluției științifice din secolul al XVII-lea este Isaac Newton (1642-1727), personalitate ilustră care domină întreaga gândire modernă prin cercetări profunde în diverse domenii: matematică, fizică, chimie, astronomie, filosofie etc.
Legea atracţiei universale - descoperită de Newton - a contribuit din plin la cunoaşterea Universului, la care se adaugă saltul calitativ produs în astronomie de către Kant şi Laplace prin formularea concepţiei cosmogonice privitoare la originea naturală a planetelor din sistemul solar.
O personalitate ilustră care a marcat profund dezvoltarea cunoașterii este Albert Einstein, considerat de unii cercetători în istoria științei ca fiind cel mai mare savant al tuturor timpurilor.
Ilustrul savant a revoluţionat cunoaşterea umană printr-o nouă viziune despre spaţiu, timp, cauzalitate, gravitaţie, radiaţie, univers etc. În demersul cognitiv a pus în evidenţă rolul modelelor matematice, al experienţei şi intuiţiei în abordarea realităţii obiective, a analizat natura ipotetică a principiilor ştiinţei şi a corelat conceptul de obiectivitate cu invarianţa legilor fizice .
Anul 1905 poate fi luat ca reper în activitatea de cercetare ştiinţifică a lui Einstein. Pe lângă susţinerea doctoratului cu o dizertaţie despre dimensiunile moleculelor, a publicat trei articole ştiinţifice importante, prin care a fundamentat teoria mişcării browniene, a explicat efectul fotoelectric extern pe baza ipotezei propagării luminii sub formă de flux de fotoni şi a elaborat teoria relativităţii restrânse prin generalizarea principiului relativităţii mecanice la întreaga fizică şi postularea invarianţei vitezei luminii în vid faţă de orice sistem de referinţă inerţial.
Genialul savant a fost capabil să descrie unitar şi coerent fenomenele fizice în diverse sisteme de referinţă inerţiale, prin abordarea novatoare a măsurării spaţiului şi timpului, fără să se raporteze la natura concretă a substanţei şi a radiaţiei, precum şi la modul cum acestea interacţionează. Einstein a depăşit cu succes contradicţia dintre mecanica newtoniană şi teoria Maxwell a câmpului electromagnetic, mai precis, legile mecanicii clasice sunt invariante faţă de transformările Galilei, spre deosebire de legile electrodinamicii clasice, a căror formă este dependentă de viteza de mişcare a sistemelor de referinţă inerţiale.
În teoria relativităţii restrânse, trecerea de la un sistem de referinţă inerţial la altul este exprimată analitic prin transformările lui Lorentz. Unele consecinţe ale acestor transformări, precum contracţia lungimilor pe direcţia de mişcare şi dilatarea timpului, sunt dificil de acceptat la nivel intuitiv.
Chiar şi conceptele de masă, impuls mecanic şi energie capătă alte semnificaţii în teoria relativităţii restrânse. Între aceste mărimi fizice există legături profunde, ca de exemplu celebra relaţie a lui Einstein dintre masă și energie.
Reticenţa fizicienilor faţă de această concepţie novatoare, dar abstractă, nu l-a descurajat pe Einstein, care a continuat să cerceteze relaţiile dintre spaţiu, timp şi materia în mişcare în cadrul sistemelor de referinţă neinerţiale (accelerate).
Pornind de la faptul că, masa inerţială a unui corp coincide cu masa sa gravitaţională, a emis principiul echivalenţei, prin care câmpurile gravitaţionale au fost modelate local prin acceleraţiile unor sisteme de referinţă neinerţiale. Se ştie că un observator aflat într-un lift nu poate să decidă dacă forţa care acţionează asupra sa este cauzată de gravitaţie sau de mişcarea accelerată a liftului.
Einstein a lucrat aproape zece ani la teoria generalizată a relativităţii, forma ei completă fiind publicată în 1916. Este o concepţie novatoare abstractă despre spaţiu, timp şi materia în mişcare, în care gravitaţia este descrisă riguros în cadrul geometriei diferenţiale prin intermediul tensorilor. La baza acestei teorii se află două afirmaţii:
1. Postulatul covarianţei legilor fizicii. Ecuaţiile prin care se exprimă legile fizicii au aceeaşi formă în toate sistemele de referinţă, indiferent de starea lor de mişcare.
2. Postulatul echivalenţei locale. Într-un domeniu infinitezimal, câmpul gravitational este echivalent cu câmpul forţelor de inerţie al unui sistem de referinţă local, accelerat convenabil.
Pe baza teoriei relativităţii generalizate au fost explicate diverse fenomene fizice, precum: curbarea razelor de lumină ale aştrilor în vecinătatea Soarelui, avansul continuu al periheliului planetei Mercur, deplasarea spre roşu a liniilor spectrale emise de o masă gravifică mare, creşterea masei particulelor rapide în acceleratoare etc. Confirmarea sa, cu ocazia eclipsei din 1919, a constituit un eveniment mediatic de mare amploare. În prezent este utilizată în cosmologie pentru elaborarea unor modele matematice ale originii şi evoluţiei Universului.
Pe lângă teoria relativităţii, în variantele restrânsă şi generalizată, secolul al XX-lea va rămâne consemnat în istoria ştiinţei şi prin apariţia mecanicii cuantice, concepţie revoluţionară care analizează comportarea materiei la nivelul microcosmosului. În cadrul acestei noi teorii au putut fi explicate riguros fenomenele fizice în care se manifestă aspectul corpuscular al luminii(efectul fotoelectric, efectul Compton, emisia şi absorbţia radiaţiei de către substanţă), comportarea ondulatorie a microparticulelor şi cuantificarea mărimilor fizice, în particular a energiei şi momentului cinetic.
Prin introducerea în 1905 a noţiunii de foton, Einstein a dat o explicaţie clară legilor efectului fotoelectric extern, la numai cinci ani de la ipoteza revoluţionară a lui Planck cu privire la emisia şi absorbţia radiaţiei de către substanţă în porţii discrete (cuante de energie). Extinderea dualismului undă - corpuscul de la radiaţie la substanţă a fost sugerată în 1923 de fizicianul francez Louis de Broglie: ”Dacă în teoria luminii s-a neglijat aproape un secol aspectul corpuscular pentru a i se ataşa în exclusivitate doar aspectul de undă, oare nu s-a comis eroarea inversă în cazul substanţei? Nu s-a greşit oare, neglijând aspectul de undă pentru a se considera aspectul corpuscular al substanţei?” Ideea genială la care a ajuns savantul se referă la posibilitatea de a descrie comportarea microparticulelor cu ajutorul undei asociate.
Pasul hotărâtor în elaborarea teoriei cuantice a fost făcut de Erwin Schrödinger, care a propus în 1926 o ecuaţie diferenţială cu derivate parţiale pentru determinarea funcţiei de undă.
Schrödinger a propus o interpretare materială a funcţiei de undă (particula fiind identificată cu un pachet de unde ), însă s-a impus în final interpretarea statistică dată de Max Born şi Werner Heisenberg, conform căreia modulul la pătrat al funcţiei de undă este proporţional cu probabilitatea de localizare a microparticulei în unitatea de volum din spaţiu.
Demersul cognitiv în teoria cuantică este de tip statistic, noţiunea de traiectorie îşi pierde sensul clasic, având în vedere că incertitudinile în determinarea simultană a variabilelor canonic conjugate, mai precis coordonatele şi componentele corespunzătoare ale impulsului mecanic, satisfac relaţiile de nedeterminare ale lui Heisenberg.
Cei interesați de conținutul integral al lucrării “Orizontul științei” pot accesa legătura web
https://www.academia.edu/113683003/Orizontul_stiintei
Surse de informare
1. Bunget I. ș. a., Compendiu de fizică, Ed. Științifică și Enciclopedică, Bucureşti, 1988
2. Gribbin John, Scurtă istorie a științei, Editura ALL Educational, București, 2008
3. Vasiu M., Electrodinamica şi teoria relativităţii, Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1980