Transcript Fysiikan laitos

Fysiikan historia ja filosofia 2013
Heimo Saarikko
Fysiikan laitos
Sisältö
1. Johdanto ja tavoitteet
2. Luonnonfilosofia, lukukäsitys ja matematiikka historian
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
alkuhämärässä ja suurten jokilaaksojen
varhaiskulttuureissa
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
Sir Isaac Newtonin aikakausi ja klassisen mekaniikan
myöhempi kehitys
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
 Niveltää fysiikan historia historian päävirtaan
 Esitellä
 fysiikkatieteen
 fysiikan
historialliset vaiheet
ja lähitieteiden differentoitumis- ja
yhdentymisprosessit
 fysiikan
oppirakennelman taustoja
 luonnontieteellisen
 historiallista
metodin kehitys
näkökulmaa opetustyön kannalta ja tueksi
 Huom. Persoonalliset painotukset voimakkaampia kuin
oppirakenteen esittely
4
Kurssin tavoitteita
 katsotaan ajassa taaksepäin  nykyisyyden oikea tulkinta ja tulevaisuuden
suunnittelu
 selventää fysiikan luonnetta kokeellisena luonnontieteenä
 antaa kuva fysiikan asemasta tieteiden kentässä
 analysoida tieteiden differentoitumisprosessia ja fysiikan jakautumista eri
osa-alueisiin
 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
 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
 maailmankuva esim. Aristoteleen, Newtonin
maailmankuva
 mekanistinen maailmankuva tiedeoptimismi,
mekanistinen sosiologia, kommunismin kriisi
 teollinen vallankumous automatiikka ja robotiikka,
kapitalismin kriisi
 ydinenergia varustekilpailu, kylmä sota, rauhanliikkeet
(Einstein)
 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
 1687 Newtonin Principia ilmestyi
 1820 Oersted keksi sähkövirtojen magneettiset
vaikutukset
 1864 Maxwellin Elektrodynamiikka julkaistiin
 1870 Statistisen mekaniikan läpimurto
 1925 Kvanttimekaniikan synty
13
Fysiikan historian solmukohdat (Hund)
14
Fysiikan prosessi – oppirakennelman tausta
 Historialliset vaiheet ja murrokset (esim. karakteristiset vaiheet)
 Tutkimusmetodin kehitys
 järki ja logiikka
 myytit
 luonnontieteellinen metodi, empiria ja teoria
 tietoteoria ja filosofia
 Suuret ideat, suuret murrokset ja yhdentymiskehitys
 suuret
ideat
- energian säilyminen
- termodynamiikan 2. pääsääntö
- ajan suhteellisuus
- aalto-hiukkasdualismi
 käänteentekevät
kokeet
 yhdentymiskehitys
15
…jatkuu
 Inhimillisen toiminnan ja ajattelun luontaiset polut
 Aristoteleen
”peripateettinen dynamiikka”
 heittoliikkeen
mallin kehitys
 Sattuma, onnettomat ja onnekkaat virheet
16
Syvällisempi ymmärrys
 Menneisyyden kautta nykyisyyden syvällinen tulkinta ja
perspektiivi oman ajan saavutuksille
 Suureiden, lakien, teorioiden ja tutkimusmenetelmien
syntyhistoria ja pätevyysalue
 Kokeellisen ja teoreettisen tutkimuksen vuorovaikutus
17
Tärkeitä aiheita, teemoja, integraatio
 fysiikan historian päävaiheet
 Yksikköjärjestelmän kehittyminen
 ajanlaskun historia
 voiman ja liikkeen historia (tieteen vallankumous)
 tähtitieteellisen maailmankuvan kehitys
 lämmön ja energian historia (teollinen vallankumous)
 Valo-opin historia
 smg-induktion keksimisen historia
 smg-aaltojen teorianmuodostuksen historia
 Atomihypoteesin ja -teorioiden historia
 kvanttifysiikan syntyhistoria
 arkipäivän tekniikka (liikenne)
 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