Introducere în fizică

Îmi imaginez că până și ființele umane străvechi sau poate ființele pre-umane și-au pus întrebări: "De ce sunt aici?" "Ce este realitatea?" "De ce este acest univers organizat astfel?" La aceste întrebări încercăm să răspundem studiind fizica... Domeniul fizicii l-am putea plasa imediat după matematică, ca fiind cea mai pură știință. Deci, avem matematica, cea mai pură știință, apoi, pe acea fundație a matematicii, avem fizica. Fizica folosește cu adevărat elementele cheie studiate la matematică pentru a explica fenomene, toate fenomenele din univers. Fizicienii sunt primii care admit că ei sunt doar la început în a înțelege esența realității, esența lumii înconjurătoare. De multe ori ne gândim că fizica este limitată doar la lucruri precum fenomenele cosmice sau lansarea rachetelor în spațiu, la mișcarea valurilor sau structura clădirilor. Dar fizica este fundația pentru toate celelalte științe. Când ne gândim la chimie, care până la urmă reprezintă, nu-i așa, interacțiuni între atomi, acele interacțiuni sunt, de fapt, interacțiuni bazate pe fizică. Deci, chimia se bazează de fapt pe elemente de fizică. De asemenea, dacă ne gândim la noi înșine, la corpul sau conștiința noastră, la creierul nostru, toate ne conduc la chimie și fizică. Ajungem la interacțiuni între atomi și chiar la proprietăți mecanice ale corpului nostru. Până și biologia, existența noastră, se bazează pe chimie. Uite, biologia este cea de aici, pe fundamente de fizică, iar aceasta depinde foarte mult de elemente de matematică pe care ai învățat-o toată viața și vei continua să o înveți. Și întrebarea fundamentală pe care, poate, ți-ai pus-o: “Păi, știi, de ce învăț această matematică?” Ei bine, pentru că este frumoasă, dar și pentru că începe, în cel mai pur mod, să descrie structura universului. Și o să observăm asta din ce în ce mai mult pe măsură ce studiem fizica. Toate aceste fenomene complexe din jurul nostru, fie că ne uităm la o galaxie sau la valurile oceanului, ori chiar la sisteme biologice, o să ne dăm seama că mare parte din ele pot fi descrise folosind o matematică elegantă pe care o putem dezvolta din ce în ce mai mult. Matematică simplă sau elegantă precum: forța este egală cu masa ori accelerația. Și o să vorbim despre forță și accelerație ca mărimi vectoriale. Ne vom gândi la lucruri precum deplasarea, uite, o scriu ca mărime vectorială. Vom învăța curând mai multe despre mărimile vectoriale și scalare. Deplasarea este egală cu vectorul viteză înmulțit cu timpul. Vom învăța și faptul că accelerația este egală cu variația vitezei vectoriale în unitatea de timp. Vom vedea prin câteva idei foarte simple precum aceasta. Vom discuta mai în detaliu în următoarele videoclipuri. Poți explica tot felul de fenomene complexe. Ceea ce am iubit mereu la fizică și nu cred că este destul de apreciat: uneori, când începi să înveți fizica vezi toate aceste formule complicate, tot felul de probleme complexe, dar este fantastic să realizezi că toate provin din acele idei de bază. Câteva din cele menționate, aceste idei, vom explora ideea de energie. Vom înțelege legile lui Newton. O să explicăm, o să ne gândim care sunt diferite tipuri de forțe. De ce există ele cu adevărat? În esență, este vorba doar de încercarea de a desluși complexitatea universului, de a prezice ce urmează să se întâmple, bazându-ne pe idei simple. Cu așa ceva se ocupă fizica. Dacă ne gândim la fizică, ea a fost studiată de umanitate pentru o perioadă foarte lungă de timp. De fapt, chiar nu știm cine a fost primul fizician. Dar unii dintre, să zicem, gânditorii fundamentali ai fizicii, sunt domnii pe care îi am chiar aici. Este doar o… Am putea spune că aceștia sunt unii din cei mai proeminenți gânditori ai fizicii, dar nu este nicidecum o listă completă. În primul și-n primul rând, vrem să îl includem pe Isaac Newton. Mai ales când începi să studiezi fizica, vei încerca să înțelegi lumea așa cum a înțeles-o Newton. El a înțeles: “Hei, știi, lucrurile nu cad pe pământ doar pentru că așa cad ele mereu, doar pentru că așa vrea universul. Există o forță ce acționează asupra lor și poate că aceeași forță care mă ține pe mine legat de scaunul meu chiar acum este și cea care face pământul să orbiteze în jurul Soarelui sau luna să orbiteze în jurul Pământului." El a stabilit Legea gravitației, Legile lui Newton, pe care le vom studia chiar la introducerea în fizică. Ceea ce vom observa, chiar în cazul mecanicii clasice, fizica pe care a stabilit-o Newton poate explica foarte multe fenomene, cu o precizie fascinantă. Dar când vom ajunge la începutul secolului 20, fizica începe să se dezlănțuie și mai mult, atunci când vom analiza mediul la scară foarte, foarte mică. Îl avem pe Max Planck, cel ce ne oferă mecanica cuantică. Iar cu Albert Einstein începem să ne gândim la viteze super mari: realizăm că viteza luminii reprezintă un absolut. Nimic nu se poate deplasa cu o viteză mai mare decât aceasta. Este fascinant că avem aceste noțiuni despre relativitatea generală și specială. Începem să realizăm că universul este, în unele feluri, bizar, mult mai misterios și mai fascinant decât ne-am fi imaginat vreodată. Dar tot efortul de a înțelege fizica modernă a lui Max Planck și Albert Einstein se bazează foarte mult pe ideile fundamentale pe care ni le-au oferit Isaac Newton și predecesorii săi. Așadar, pe măsură ce studiezi fizica, eu sunt pasionat de fizică, voiam să mă fac fizician sau cam așa ceva, voiam să știu despre tot, despre minuni, de ce suntem aici... Care este esența realității? De ce se întămplă lucrurile într-un anumit fel? Acestea sunt întrebări la care încearcă fizicenii să răspundă. Deci, pe măsură ce vei studia fizica, aș vrea să îți dau niște citate ale acestor trei domni. Primele două aparțin lui Isaac Newton: "Adevărul se regăsește întotdeauna în simplitate, nu în multiplicitate și în confuzia lucrurilor." Chiar voiam să subliniez asta, deoarece de multe ori când studiezi vei descoperi că memorezi formule și cuvinte, dar se întâmplă pentru că ești superficial. Dacă începi să gândești la ceea ce înveți, să înțelegi de unde provin acestea, vei ajunge la idei din ce în ce mai simple și intuitive. Apoi, vei fi tot mai aproape de adevăr. Îmi place și al doilea citat al lui Isaac Newton: "Nu știu cum arăt... nu știu cum apar în fața lumii, dar eu mă văd ca pe un copil jucându-se pe malul mării, mă distrez din când în când găsind câte o pietricică mai fină sau câte o scoică mai drăguță și specială, în timp ce marele ocean al adevărului se întinde în fața mea nedescoperit." Îmi imaginez că există atât de mult, chiar dacă ne gândim că știm multe, nu am aflat decât foarte puțin din ce este cu adevărat universul. Chiar un mare gânditor precum Isaac Newton a recunoscut asta. Parcă ar zice: "Hei, doar mă plimb pe plajă și culeg niște pietricele, dar este acolo un ocean imens pe care nici nu am început să îl înțeleg." Poți chiar să-ți imaginezi civilizații extraterestre, ce sunt cu mii de ani înaintea noastră, tehnologic sau științific, poate chiar milioane de ani. Cum ar putea să înțeleagă realitatea? Ar putea să ne vadă ca pe niște furnici care abia încep să atingă lumea vastă a cunoașterii? Citat din Max Planck: "Când schimbi felul în care privești lucrurile, lucrurile la care te uiți se schimbă și ele." Cred că aceste este profund, căci este adevărat. Studiind fizica, începi să vezi, ei bine, mai mult ceea ce tu consideri a fi real, înțelegerea noastră se bazează pe forțe, dar ce sunt aceste forțe? Chiar și aceste corpuri pe care le numim solide, la nivel atomic conțin mult spațiu gol și există o interacțiune de forțe care ne face să ne gândim la un solid sau la ceva asemănător. Realizăm că lucrurile tangibile nu sunt chiar așa, de fapt. Până la urmă, întreaga lume este doar modelul mental pe care îl avem noi. Într-un fel, este o iluzie creată de mintea noastră astfel încât să raționăm. Dar abia începem să înțelegem asta. Ultimul, dar nu cel din urmă, (avem o mulțime de citate de la aceștia și de la alții) dar mai ales de la Albert Einstein: Cea mai frumoasă experiență pe care o avem este misterul. Este emoția fundamentală care stă la baza artei adevărului și științei adevărate." Și chiar vreau să reții asta în timp ce studiezi fizica. O să fie timpuri în care ne vom forma bagajul de cunoștințe Ce este un vector? Ce este un scalar? Vom folosi matematică demonstrând formule. Acestea sunt instrumentele, dar apoi vom încerca să înțelegem fenomenele fundamentale. Cum funcționează universul? Când începi să te gândești la toate acestea ți se face pielea de găină, te trec fiori, simți că Unviersul este mult mai misterios decât credeai îaninte de a începe fizica așa cum trebuie ea înțeleasă.