Predgovor

Što je fizika?

Fizika je temeljna prirodna znanost. Temeljna znači osnovna, druge se znanosti temelje na njoj. Prirodna znači da istražuje prirodu. Sama riječ fizika potječe od grčke riječi phusis, fysis, što znači priroda. Konačno, znanost je sustav znanja prikupljenog znanstvenim metodama. Naziv znanost potječe od latinske riječi scientia, što znači znanje. No, danas nije dovoljno reći da je znanost znanje ili sustav znanja. Primjerice, astrologija, tumačenje osobina ljudi iz položaja nebeskih tijela, je sustav znanja s dugom tradicijom, ali NIJE znanost jer se NE temelji na znanstvenim metodama.

Bit je znanstvene metode provjera jesu li ideje u skladu s opažanjima u prirodi. Nove se ideje u znanosti ne prihvaćaju zato što su lijepe, utješne ili zato što u njih vjerujemo. Prihvaćaju se samo ako ih potvrdimo opažanjem. U fizici to znači da svaku teoriju mora potvrditi eksperiment. Nadalje, u znanosti se sve tvrdnje mogu uvijek iznova preispitivati.

Znanost potiče kritičko mišljenje - sposobnost odlučivanja, analiziranja i vrednovanja. Misliti kritički znači ne prihvaćati ništa bez prethodne analize i vrednovanja. To također znači da nema takvog autoriteta u kojega ne bismo smjeli posumnjati niti takve ideje o kojoj ne bismo smjeli ponovno razmisliti. Ovaj neobičan, ali vrlo učinkovit stav da "u sve treba sumnjati" prvi je izrazio iznimno utjecajan francuski filozof i matematičar René Descartes (1596. - 1650.). Descartesa nazivamo ocem moderne filozofije i ocem moderne matematike. Bio je ključna osoba znanstvene revolucije - niza događaja koji su utemeljili modernu znanost.

Znanstvena revolucija počela je objavljivanjem Kopernikovih ideja i trajala je cijelo 17. stoljeće. Povijesno gledano, glavno otkriće 17. stoljeća bila je moderna znanost. Tada je počela druga velika eksplozija znanja u povijesti čovječanstva koja traje i danas. Prva velika eksplozija znanja zbila se u doba starih Grka, u 6. i 5. stoljeću prije nove ere, kad su ljudi shvatili da je prirodu moguće spoznati. U 17. stoljeću otkrili su kako otkrivati istine o prirodi, tj. pronašli su znanstvenu metodu.

Što istražuje fizika?

Fizika istražuje prirodne pojave. Ova tvrdnja podrazumijeva ideju da čovjek može razumjeti prirodne pojave. Čudi li vas ta ideja? Vjerojatno ne. Danas smatramo da se to razumije samo po sebi. No, nije oduvijek bilo tako. Prvi su ljudi hodali Zemljom već prije 2,5 milijuna godina. Inteligentni čovjek, Homo sapiens, postoji već 250 000 godina. Veliku većinu vremena, 99,9 %, ili "samo" 99 % za Homo sapiensa, čovjeku nije padalo na pamet da bi se prirodu moglo razumjeti.

Tek prije otprilike 2 500 godina grčki filozof Tales došao je na ideju da je "svijet ljudskom umu spoznatljiv". Iz te se ideje rodila znanost. Zato Talesa nazivamo ocem znanosti. Čudesna Talesova ideja nepovratno je promijenila svijet. Izazvala je prvu eksploziju znanja u povijesti čovječanstva. Albert Einstein, najpoznatiji fizičar našeg doba, izrazio je čuđenje Talesovoj ideji u svojoj poznatoj tvrdnji "Najnerazumljivija stvar na svijetu je da je on razumljiv".

Pod istraživanjem prirodnih pojava u fizici misli se na svu prirodu osim složene građe tvari, čime se bavi kemija, i živog svijeta, što je predmet biologije. Pitate se što je od prirode ostalo fizici? Puno toga. Fiziku zanimaju osnova načela prirode, nazivamo ih prirodnim zakonima. Cilj je fizike objasniti što više prirodnih pojava uvodeći što manje posebnih prirodnih zakona. U krajnosti, fizičari bi htjeli opisati svu prirodu samo jednim jedinim zakonom. Bez obzira hoće li na kraju ostati samo jedan zakon ili njih nekoliko, činjenica da je tako nešto uopće moguće pokazuje iznimnu ljepotu i jednostavnost prirode.

Kako bi mogli spoznavati prirodne zakone, fizičari su morali dobro razraditi neke pojmove, poput prostora, vremena, gibanja, tvari, energije, polja, sile. Ovi su pojmovi zapravo glavna tema udžbenika i čine osnovni uvod u svijet fizike. No, to nije sve. Fizičarima je potrebno još nešto - matematika.

Matematika u fizici

Za nastanak znanosti nije bilo dovoljno samo povjerovati da možemo razumjeti svijet. Trebalo se dosjetiti kako to napraviti. Prve takve ideje pripisuju se grčkom filozofu, Talesovom učeniku, Pitagori. Pitagora je dokučio da se "pojave u stvarnom svijetu mogu izraziti matematičkim pojmovima". Nazivamo ga ocem brojeva. Kasnije je Galileo Galilei, talijanski fizičar, matematičar i astronom, izjavio da je "knjiga prirode napisana matematičkim jezikom".

U fizici, kao i u drugim znanostima te u tehnici, matematika je samo alat. No, matematika je puno više od toga. Carl Friedrich Gauss, genijalni njemački matematičar, nazvao je matematiku "kraljicom znanosti", premda u strogom smislu današnjeg poimanja znanosti, da ideje moraju biti potvrđene u prirodi, matematika nije znanost. Ona ima elemente znanosti, ali i umjetnosti i filozofije. U svakom slučaju, matematika je prijeko potreban alat bez kojega je fizika nezamisliva.

Fizika kao umijeće aproksimacija

Matematika je jedina egzaktna znanost. Egzaktno znači točno. Fizika se, međutim, naziva umijećem aproksimacija. Aproksimativno znači približno. Jednim se dijelom riječ "približno" odnosi na zaokruživanje brojeva. Fizičarima je često broj 3,14 isti kao i broj . Za matematičare su to uvijek dva različita broja. No, riječ "približno" se u fizici ne odnosi samo na zaokruživanje brojeva. I fizikalni su zakoni, izraženi matematičkim formulama, približni. Vrijede samo pod određenim uvjetima. Razumijevanje tih uvjeta često nije ni najmanje jednostavno. To je razlog za riječ "umijeće".

Kako bi opisali svoja opažanja prirode, fizičari smišljaju modele. Model je idealizirani opis pojave kojim se zamršena situacija pojednostavnjuje. Fizičari modele izražavaju matematičkim jezikom, tj. formulama. Premda su modeli tek približni opisi pojava, oni mogu biti vrlo točni. Dokaz te točnosti su putovanja čovjeka na Mjesec, komunikacijski sateliti u Zemljinoj orbiti, zrakoplovi, računala, mobiteli, itd. Drugim riječima, sva tehnička dostignuća temelje se na fizikalnim zakonima koji nisu drugo do matematički modeli, ali dobri i dovoljno točni modeli.

Zašto učiti fiziku?

Razumijevanje fizike omogućuje nam da odgovorimo na mnoštvo zanimljivih pitanja. Evo nekoliko nasumce odabranih pitanja čiji bi vas odgovori mogli zanimati:

Zašto je nebo plavo?
Zašto duga ima boje?
Kako je nastala Zemlja?
Kako je nastao svemir?
Zašto Sunce sja i hoće li se jednog dana ugasiti?
Što su zvijezde i kako su nastale?
Zašto magnet privlači željezne predmete?
Što su zapravo oblaci, kiša, munje i gromovi?
Zašto Mjesec ne padne na Zemlju?
Zašto su nestali dinosauri?

Znanje fizike nužno je za razumijevanje svijeta koji nas okružuje. Koji god posao kasnije u životu radili, to razumijevanje bit će vaša iznimno vrijedna vještina. Nadalje, fizika je u prvom redu znanost. Usvajanje temeljnih načela znanosti, posebice kritičkog mišljenja, pomoći će vam pri donošenju vlastitih životnih odluka i vrednovanju tuđih tvrdnji.

Kako učiti fiziku?

Riječi su važne. U fizici one često imaju puno točnije značenje nego u svakodnevnom životu. Zato su ključni pojmovi otisnuti masnim slovima te su pažljivo definirani. Ne očekuje se da ih učite napamet. Međutim, očekuje se da ih možete izraziti svojim riječima. Imajte na umu da je jasnoća vašeg izraza pokazatelj razumijevanja pojma o kojem govorite. Trudite se biti točni u izražavanju jer se time prisiljavate dublje razmišljati o pojmovima koje opisujete. To je jako važan dio učenja.

Učenje fizike rijetko se događa u školskoj učionici. Predavanje, popraćeno pokusima i računalnim simulacijama, trebalo bi vas zainteresirati i motivirati za učenje. Za većinu učenika najvažniji dio učenja je spoznaja do koje dođu tek nakon što samostalno riješe zadatak. Takva spoznaja donosi radost koja potiče na daljnje učenje. Stoga je rješavanje zadataka ključ učenja fizike.

Priča se da je grčki matematičar Arhimed došao do važnog otkrića dok je ulazio u kadu punu vode. Iznenadna spoznaja toliko ga je obradovala da je gol izašao van i trčeći ulicama rodne Sirakuze vikao "Heureka!", što znači "otkrio sam". Osjetite sami radost spoznaje. Doživite svoju heureku.