Cos’è e cosa studia la fisica?
La fisica è una delle materie più detestate degli studenti del liceo e non solo. Difficile, incomprensibile e quasi impossibile da studiare, ecco cosa fa della fisica una materia decisamente non benvoluta dagli studenti.
Considerato che questa materia è così difficile, noi vogliamo provare a fissare dei concetti base che potrebbero facilitarti lo studio. Iniziamo con una domanda semplice:
Sommario
Cos’è la fisica?
La fisica è la scienza della natura nel senso più ampio. Il termine “fisica” deriva dal neutro plurale latino physica, a sua volta derivante dal greco “natura“, che poi si è trasformato in “le cose naturali“.
Lo scopo della fisica è lo studio dei fenomeni naturali. Ossia studia tutti gli eventi che possono essere descritti, ovvero quantificati, attraverso grandezze fisiche opportune.
Il suo fine è quello di stabilire principi e leggi che regolano le interazioni tra le grandezze stesse e rendano conto delle loro reciproche variazioni.
Quest’obiettivo è raggiunto attraverso l’applicazione rigorosa del metodo scientifico.
Il metodo scientifico
Una volta stabilito cosa sia la fisica, vediamo meglio come opera. Quindi impossibile non partire proprio dal suo metodo: il metodo scientifico.
Il metodo scientifico è la modalità con cui la scienza procede per raggiungere una conoscenza della realtà oggettiva, affidabile, verificabile e condivisibile.
Esso consiste in:
- Raccolta di evidenza empirica e misurabile attraverso l’osservazione e l’esperimento.
- Formulazione di ipotesi e teorie da sottoporre nuovamente al vaglio dell’esperimento.
L’indagine fisica viene condotta seguendo rigorosamente il metodo scientifico, anche noto come il metodo sperimentale.
Dopo l’osservazione del fenomeno segue la formulazione di ipotesi interpretativa, la cui validità viene messa alla prova tramite degli esperimenti.
Le ipotesi consistono nella spiegazione del fenomeno attraverso l’assunzione di principi fondamentali.
L’osservazione produce come conseguenza diretta le leggi empiriche. Se la sperimentazione conferma un’ipotesi, la relazione che la descrive viene detta legge fisica.
Il ciclo conoscitivo prosegue con il miglioramento della descrizione del fenomeno conosciuto attraverso nuove ipotesi e nuovi esperimenti.
Teorie e misure
Un insieme di leggi possono essere unificate in una teoria fondata su principi che permettano di spiegare il maggior numero possibile di fenomeni.
Questo processo permette anche di prevedere nuovi fenomeni che possono essere scoperti sperimentalmente.
Le leggi e le teorie fisiche, come tutte le leggi scientifiche, in quanto costruite a partire da processi conoscitivi di tipo induttivo-sperimentali, sono in linea di massima sempre provvisorie.
Nel senso che sono considerate vere finché non vengono in qualche modo confutate.
Ossia hanno validità finché non viene osservato il verificarsi di un fenomeno che esse non predicono o se le loro predizioni sui fenomeni si dimostrano errate.
Infine ogni teoria può essere sostituita da una nuova teoria. Ma essa deve permettere di predire i nuovi fenomeni osservati con un’accuratezza superiore ed eventualmente in un più ampio contesto di validità.
Cardine della fisica sono i concetti di grandezza fisica e misura. Le grandezze fisiche sono ciò che è misurabile secondo criteri concordati (è stabilito per ciascuna grandezza un metodo di misura e un’unità di misura).
Le misure sono il risultato degli esperimenti.
Il rigore della fisica
Le leggi fisiche sono quindi generalmente espresse come relazioni matematiche fra grandezze, verificate attraverso misure.
I fisici studiano quindi in generale il comportamento e le interazioni della materia attraverso lo spazio e il tempo.
Per queste sue caratteristiche, cioè il preciso rigore di studio dei fenomeni analizzati, è unanimemente considerata la scienza dura per eccellenza.
Questo soprattutto grazie al suo approccio teso alla comprensione non solo qualitativa, ma anche quantitativa con la stesura delle suddette leggi universali di natura matematica.
Leggi che sono in grado di fornire una previsione sullo stato futuro di un fenomeno o di un sistema fisico.
Chiarite queste linee generali proprie della fisica, è tempo di fare un passo indietro, molto indietro. Infatti la domanda che ci porremo ora ci porterà indietro nel tempo: Com’è nata la fisica?
Storia della fisica
L’unico modo per capire bene cosa sia e cosa è studiato dalla fisica, è capire bene le ragioni e i motivi per i quali questa scienza è nata.
Originariamente era una branca della filosofia, infatti la fisica è stata chiamata almeno fino al XVIII secolo filosofia naturale. Ecco perché le sue origini sono da cercare nell’antica Grecia, terra dei filosofi.
Infatti proprio nella Grecia antica il filosofo Talete fu tra i primi a rifiutare le spiegazioni non-naturalistiche e non razionali della natura.
Quindi individuò per primo il campo di studio delle scienze della natura. Fu inoltre fra i primi a porre la domanda, che ancora oggi si impone ai fisici.
Ovvero la domanda su quale sia la sostanza fondamentale o il principio materiale alla base dell’universo.
Empedocle introdusse i concetti delle forze attrattive e repulsive. Queste forze regolano i mutamenti e le interazioni fra gli elementi materiali sostanziali del cosmo.
Il filosofo Democrito affermò il concetto dell’atomismo, che sarebbe stato ripreso dalla fisica moderna.
Parmenide, oggi considerato un filosofo, scrisse un poema, “Sulla natura“, che si proponeva di offrire un quadro razionale di che cosa sia in realtà il mondo fisico e di quale sia la sua struttura essenziale.
Proprio perché i primi teorici della fisica erano filosofi, originariamente la fisica era considerata una branca della filosofia. A riprova di ciò, è stata chiamata almeno fino al XVIII secolo filosofia naturale.
Nascita della fisica
Tuttavia la fisica propriamente detta nasce con la Rivoluzione scientifica nel XVII secolo per opera di Niccolò Copernico.
A lui seguirono :
- Keplero,
- Tycho Brahe,
- Galileo Galilei con il suo metodo scientifico,
- Leibniz e Newton che diedero contributi alla meccanica celeste e ai principi della meccanica classica.
La fisica rappresenta dunque la prima disciplina scientifica nella storia della scienza. Da essa poi nascerà nel XVIII secolo la chimica, nel XIX secolo la biologia e le scienze della Terra e a seguire tutte le altre.
Esiste però una distinzione fondamentale della fisica, che si è andato a delineare nel corso degli anni. Ora quindi vediamo la differenza tra fisica classica e fisica moderna.
Fisica Classica
La fisica classica studia tutti i fenomeni che possono essere spiegati senza ricorrere alla relatività generale e alla meccanica quantistica.
Sostanzialmente tutte le teorie che sono state prodotte prima dell’inizio del XX secolo fanno parte della fisica classica.
Le leggi della fisica classica sono in grado di spiegare gran parte dei fenomeni che si possono osservare sulla Terra.
La fisica classica utilizza un numero relativamente ridotto di leggi fondamentali che a loro volta si basano su una serie di principi assunti alla base della teoria.
Fra questi quelli più importanti sono i concetti di spazio assoluto e tempo assoluto che sono poi alla base della relatività galileiana. Molto importanti sono anche i principi di conservazione.
Fisica Moderna
Se la fisica classica aveva di per sé esaurito brillantemente quasi del tutto lo studio dei fenomeni fisici macroscopici.
Con il successivo passo, ovvero con la fisica moderna, lo studio fisico si incentra su tutti quei fenomeni che avvengono a scala atomica e subatomica o con velocità prossime a quelle della luce.
Le teorie principali che costituiscono questa nuova fisica sono la meccanica quantistica e la relatività generale.
Più precisamente fanno parte di questa categoria tutte le teorie che sono state prodotte a partire dal XX secolo per cercare di spiegare alcuni fenomeni che le teorie classiche non riuscivano a dimostrare.
Per ora ci fermiamo qui, speriamo di aver chiarito in linea generale cosa sia la fisica e di aver risposto a qualche vostro dubbio sulla materia.
