Fysiikan historia ja filosofia 2013 Heimo Saarikko Fysiikan

Fysiikan historia ja filosofia 2013 Heimo Saarikko Fysiikan laitos

Sisältö 1. Johdanto ja tavoitteet 2. Luonnonfilosofia, lukukäsitys ja matematiikka historian alkuhämärässä ja suurten jokilaaksojen varhaiskulttuureissa 3. 4. 5. 6. 7. Joonialainen luonnonfilosofia ja antiikin Kreikan ihme Rooman valtakunnan ja arabialaisen suurvallan aika Eurooppa keskiajalla ja renessanssissa Kokeellisen tutkimuksen läpimurto Christiaan Huygens – tiedemies Galilein ja Newtonin varjossa 8. Sir Isaac Newtonin aikakausi ja klassisen mekaniikan myöhempi kehitys 9. Klassisen termodynamiikan kehittyminen ja kulminaatio pääsäännöiksi 2

10. Sähkömagnetismi kautta aikojen 11. Lämmön kineettinen teoria ja molekyylin koon ongelma 12. Fysiikan kultaiset vuodet 13. Valon mysteeri – hiukkasia vai aaltoja? 14. Ketkä oikeastaan kehittivät suhteellisuusteorian? 15. Planckin ”suuri” interpolaatio ja lämpösäteilyn kvanttihypoteesi 16. Valosähköinen ilmiö ja sen selitys 17. Viivaspektrit ja Bohrin atomimalli 18. Kvanttimekaniikan synty ja debatti uuden teorian tulkinnasta 19. Atomi-, ydin- ja hiukkasfysiikan kehityksestä 20. Suomen fysiikan tutkimuksen ja opetuksen historiaa 21. Fysiikka ja yhteiskunta: Nobelin fysiikan palkinnot ja muut kunnianosoitukset tiedepoliittisina indikaattoreina 3

Päätavoitteet n Niveltää fysiikan historian päävirtaan n Esitellä n fysiikkatieteen n fysiikan historialliset vaiheet ja lähitieteiden differentoitumis- ja yhdentymisprosessit n fysiikan oppirakennelman taustoja n luonnontieteellisen n historiallista metodin kehitys näkökulmaa opetustyön kannalta ja tueksi n Huom. Persoonalliset painotukset voimakkaampia kuin oppirakenteen esittely 4

Kurssin tavoitteita n katsotaan ajassa taaksepäin nykyisyyden oikea tulkinta ja tulevaisuuden suunnittelu n selventää fysiikan luonnetta kokeellisena luonnontieteenä n antaa kuva fysiikan asemasta tieteiden kentässä n analysoida tieteiden differentoitumisprosessia ja fysiikan jakautumista eri osa-alueisiin n n edistää tieteidenvälisen tutkimuksen mahdollisuuksien hahmottamista johtaa omaksutun fysiikan käsiterakenteen syvällisempään tuntemiseen antaa kuva fysiikan suurista kehityslinjoista selventää käsitystä fysiikan ja sen sovellusten merkityksestä yhteiskunnalle, erityisesti fysiikan opetuksen näkökulmasta n antaa valmiuksia historiallisen näkökulman soveltamiseen opetuksessa 5

Fysiikan vaiheet I. Antiikin perusta – joonialainen filosofia - lukukäsite, algebra ja geometria - joonialainen filosofia - geometrinen tähtitiede - (hydro)statiikka - Aristoteleen maailmankuva - arabialainen maailmanvalta II. Klassinen fysiikka – kokeellisen tutkimuksen läpimurto - 1400 taivaanmekaniikka - 1500 statiikka ja Galilein mekaniikka - 1600 Newtonin mekaniikka, lämpöoppi, paine ja tilavuus, sähköstatiikka 6

- 1700 lämpö ja kaasut, pyörimisliike, analyyttinen mekaniikka, sähkövirrat - 1800 termodynamiikka, sähkömagneettinen induktio ja elektrodynamiikka, fysiikan kultaiset vuodet 1895 -1898 III. Moderni fysiikka - suhteellisuusteoriat - kvanttifysiikka - kvanttimekaniikka - aineen rakenne - soveltava fysiikka 7

Kulttuurikronologiaa 8

(Sarton): Intellektuaalisen luomisen intensiteetti antiikista nykypäivään 9

Fysiikan vaikutus inhimilliseen todellisuuskuvaan n maailmankuva esim. Aristoteleen, Newtonin maailmankuva n mekanistinen maailmankuva tiedeoptimismi, mekanistinen sosiologia, kommunismin kriisi n teollinen vallankumous automatiikka ja robotiikka, kapitalismin kriisi n ydinenergia varustekilpailu, kylmä sota, rauhanliikkeet (Einstein) n suhteellisuusteoria yleinen suhteellisuusajattelu 10

Fysiikan sovellusten vaikutus historialliseen kehitykseen kompassi löytöretket kaukoputki laajentuva maailmankuva mikroskooppi lääketieteen, bakterologian, rokotteiden, biologian, mikrobiologian, biotekniikan kehitys höyrykone teknistyminen, automaatio sähkömagnetismi energiantuotanto, teollinen vallankumous sähködynamiikka liikenne, tietoliikenne, lennätin, radio, TV ydinenergia energiantuotanto, ydinpommi tietoliikenne kauppa, politiikka, sota, tiedotus, yhteiskunnan tietoverkot 11

- 600 Ionialaisen filosofian synty + 529 Keisari Justinianus sulkee viimeisen filosofikoulun Ateenassa + 1543 Kopernikuksen teos De revolutionibus … ilmestyy 12

Fysiikan historian solmukohdat n 1687 Newtonin Principia ilmestyi n 1820 Oersted keksi sähkövirtojen magneettiset vaikutukset n 1864 Maxwellin Elektrodynamiikka julkaistiin n 1870 Statistisen mekaniikan läpimurto n 1925 Kvanttimekaniikan synty 13

Fysiikan historian solmukohdat (Hund) 14

Fysiikan prosessi – oppirakennelman tausta n Historialliset vaiheet ja murrokset (esim. karakteristiset vaiheet) n Tutkimusmetodin kehitys n myytit järki ja logiikka luonnontieteellinen metodi, empiria ja teoria tietoteoria ja filosofia n Suuret ideat, suuret murrokset ja yhdentymiskehitys n suuret ideat - energian säilyminen - termodynamiikan 2. pääsääntö - ajan suhteellisuus - aalto-hiukkasdualismi n käänteentekevät kokeet n yhdentymiskehitys 15

…jatkuu n Inhimillisen toiminnan ja ajattelun luontaiset polut n Aristoteleen ”peripateettinen dynamiikka” n heittoliikkeen mallin kehitys n Sattuma, onnettomat ja onnekkaat virheet 16

Syvällisempi ymmärrys n Menneisyyden kautta nykyisyyden syvällinen tulkinta ja perspektiivi oman ajan saavutuksille n Suureiden, lakien, teorioiden ja tutkimusmenetelmien syntyhistoria ja pätevyysalue n Kokeellisen ja teoreettisen tutkimuksen vuorovaikutus 17

Tärkeitä aiheita, teemoja, integraatio n fysiikan historian päävaiheet n Yksikköjärjestelmän kehittyminen n ajanlaskun historia n voiman ja liikkeen historia (tieteen vallankumous) n tähtitieteellisen maailmankuvan kehitys n lämmön ja energian historia (teollinen vallankumous) n Valo-opin historia n smg-induktion keksimisen historia n smg-aaltojen teorianmuodostuksen historia n Atomihypoteesin ja -teorioiden historia n kvanttifysiikan syntyhistoria n arkipäivän tekniikka (liikenne) n ympäristö (energia, varustelu) Projektit ja integraatio (arkipäivä, muu opetus) 18

Fysiikan integraatio (ja different. ) prosessi 19

Fysiikan käsitteiden hierarkkiset tasot 20

Michael Barth: 20 advices for teaching History of Science 21