Εισαγωγή – φυσικές επιστήμες

Με τον όρο φυσικές επιστήμες εννοούμε τις πνευματικές ενασχολήσεις του ανθρώπου και συγκεκριμένα δηλώνουμε την μέθοδο που χρησιμοποιούν και την γνώση που έχουν αποκτήσει, κατά τη μελέτη των μεταβολών που συμβαίνουν γύρω στη φύση.

Στις φυσικές επιστήμες συγκαταλέγονται μεταξύ άλλων η φυσική, η χημεία, η βιολογία και η γεωλογία. Κάθε φυσική επιστήμη έχει το χαρακτηριστικό πεδίο ασχολίας και χρησιμοποιεί την δική της μεθοδολογία.

Οι μεταβολές που συμβαίνουν στη φύση, σε επιστημονικούς όρους ονομάζονται φαινόμενα. Η φυσική καταπιάνεται με τα φυσικά φαινόμενα, ενώ η χημεία με τα χημικά φαινόμενα. Φυσικά φαινόμενα είναι εκείνα στα οποία δεν αλλάζει η χημική σύσταση των σωμάτων που μετέχουν σ’ αυτά, ενώ χημικά φαινόμενα είναι εκείνα στα οποία αλλάζει η χημική σύσταση των σωμάτων που μετέχουν σ’ αυτά. Παραδείγματα φυσικών φαινομένων είναι ο βρασμός του νερού, η κίνηση της Σελίνης γύρω από τη γη, η κίνηση του νερού στις σωληνώσεις, ενώ χημικά φαινόμενα είναι η καύση του ξύλου και των άλλων καύσιμων σωμάτων καθώς και το σκούριασμα των σιδερένιων αντικειμένων. Η βιολογία είναι η επιστήμη που ασχολείται με τη μελέτη των φαινομένων που σχετίζονται με τη ζωή. Τέλος η γεωλογία είναι η επιστήμη που μελετά τη μορφολογία και τη σύσταση του εδάφους και ερευνά τους μηχανισμούς με τους οποίους διαμορφώνεται το έδαφος.

Οι επιστήμονες προσπαθούν διαρκώς να κατανοήσουν τους μηχανισμούς με τους οποίους λειτουργεί η φύση και με  αυτό τον τρόπο να μπορούν να προβλέπουν και να ελέγχουν τα φαινόμενα (μεταβολές της φύσης).

Φυσική μια θεμελιώδης επιστήμη.

Η φυσική είναι η βάση των άλλων φυσικών επιστημών, αφού παρέχει τις θεμελιώδης γνώσεις για τη δομή της ύλης και της λειτουργίας της, οι οποίες είναι αναγκαίες για την ανάπτυξη και των άλλων φυσικών επιστημών.

Επίσης γνωρίζοντας τους βασικούς νόμους της φυσικής, μπορούμε ο καθένας μας, να κατανοήσουμε πολλά από τα φαινόμενα που συμβαίνουν γύρω μας π.χ. για το πως δημιουργούνται οι σεισμοί, που βασίζεται η λειτουργία του πυρηνικού αντιδραστήρα κ.ά., πως λειτουργούν οι συσκευές που χρησιμοποιούμε στη καθημερινή ζωή, όπως π.χ. ο ηλεκτρονικός υπολογιστής, το κινητό τηλέφωνο, η τηλεόραση, το ηλεκτρικό ψυγείο, ο φούρνος μικροκυμάτων και απαντούν σε απορίες όπως π.χ. πως σχηματίζεται το ουράνιο τόξο, πως δημιουργούνται οι κεραυνοί και οι αστραπές, γιατί τα αστέρια λάμπουν στον ουρανό, πως οι δορυφόροι περιστρέφονται γύρω από τη γή κ.ά.

Οι φυσικοί παρατηρούν με προσοχή τη φύση, αναζητώντας ομοιότητες των φαινομένων και εκτελώντας πειράματα προσπαθούν να ανακαλύψουν τους βαθύτερους νόμους που κυβερνούν τη φύση και στόχος τους είναι να τους διατυπώνουν με τη μεγαλύτερη δυνατή ακρίβεια, σαφήνεια και απλότητα. Έτσι οι φυσικοί επιστήμονες προσπαθούν να αναπτύξουν μια θεωρία που περιγράφει με απλότητα και πληρότητα όλα τα φυσικά φαινόμενα που συμβαίνουν στο σύμπαν και μάλιστα με ένα ενιαίο σύνολο εννοιών με το ίδιο νόημα με καθολικό χαρακτήρα σε όλη τη έκταση της δράσης της φυσικής. Δυο τέτοιες έννοιες είναι η ενέργεια και η αλληλεπίδραση.

Στη φυσική δεχόμαστε ότι τόσο στο μακρόκοσμο (γαλαξίες, αστέρια, πλανήτες) όσο και στο μικρόκοσμο (ηλεκτρόνια, νουκλεόνια, άτομα, μόρια) τα υλικά σωματίδια και σώματα αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, που στη γλώσσα της φυσικής λέμε ότι ασκούν δυνάμεις το ένα στο άλλο.

Η ενέργεια είναι εκείνο το φυσικό μέγεθος που χρησιμοποιούν οι φυσικοί για να περιγράψουν με ποσοτικό τρόπο τις μεταβολές που συμβαίνουν στη φύση. Στη φυσική λέμε ότι ένα σώμα περικλείει ενέργεια όταν μπορεί να προκαλέσει μεταβολές. Π.χ. Ο άνεμος περιέχει αιολική ενέργεια διότι μπορεί να θέσει σε κίνηση ένα ανεμόμυλο. Η ενέργεια παρουσιάζεται με διάφορες μορφές όπως κινητική, δυναμική, χημική, πυρηνική, αιολική και άλλες μορφές. Η ενέργεια μπορεί  να εκφραστεί ποσοτικά και υπακούει στην αρχή διατήρησης της ενέργειας, όπου σε κάθε φυσική μεταβολή το συνολικό ποσό της ενέργειας παραμένει σταθερό. Επίσης η ενέργεια δεν παράγεται από το μηδέν, ούτε εξαφανίζεται, ενώ έχει το χαρακτηριστικό γνώρισμα να μετατρέπεται από τη μια μορφή στην άλλη.

Κάθε υλικό σώμα που βρίσκεται γύρω μας στο περιβάλλον γίνεται αντιληπτό με τις αισθήσεις μας ενώ με τη βοήθεια της φυσικής «επεκτείνουμε» τις αισθήσεις μας και καταφέρνουμε να αντιληφθούμε ότι κάθε σώμα αποτελείται από ένα πλήθος μικροσκοπικών σωματιδίων οργανωμένα σε άτομα και στη συνέχεια ως μόρια, που στο σύνολο τους αποτελούν το σώμα. Σήμερα οι φυσικοί ερευνούν και προσπαθούν να απαντήσουν σε ερωτήματα που αφορούν την δομή της ύλης: «Πόσα διαφορετικά είδη τέτοιων σωματιδίων υπάρχουν;», «Ποιες οι ιδιότητες τους;» «Πως αλληλεπιδρούν μεταξύ τους;». Γενικά η φυσική είναι η επιστήμη που μελετά τις ιδιότητες των σωμάτων μικρών ή μεγάλων, δηλαδή τόσο στο μικρόκοσμο όπως στα άτομα και μόρια, όσο στο μακρόκοσμο όπως τους γαλαξίες. Η φυσική μελετά τον χώρο, τον χρόνο, την ύλη και την ενέργεια και τον τρόπο που αυτά συσχετίζονται.

Η γλώσσα της φυσικής

Οι φυσικοί κατά την περιγραφή και μελέτη των φυσικών φαινομένων, χρησιμοποιούν τη γλώσσα της φυσικής, η οποία έχει το δικό της λεξιλόγιο όπως για παράδειγμα τους όρους «χώρος», «χρόνος», «αλληλεπίδραση», «ενέργεια» κ.ά. Οι φυσικοί προσπαθούν να βρουν τις σχέσεις που συνδέουν τις έννοιες αυτές, αναπτύσσοντας τους νόμους της φυσικής. Πολλές φορές, οι όροι στο λεξιλόγιο της φυσικής είναι δανεισμένες από το λεξιλόγιο μας δηλαδή τις λέξεις της καθημερινής ζωής, αλλά στη φυσική αποκτούν άλλο νόημα.

Η φυσική είναι μια αυστηρή επιστήμη που κατάφερε να αναπτυχθεί ραγδαία μετά την επιστημονική επανάσταση τον 17ο αιώνα κατά την οποία θεμελιώθηκε η σύγχρονη επιστημονική μέθοδος, η οποία βασίζεται στο πείραμα και στα μαθηματικά πάνω στη μελέτη των φυσικών φαινομένων και κατορθώνει να διατυπώνει τους νόμους της φυσικής χρησιμοποιώντας μαθηματικές εξισώσεις και γραφικές παραστάσεις.

Φυσικές επιστήμες και τεχνολογία

Με τον όρο τεχνολογία εννοούμε το σύνολο των πρακτικών εφευρέσεων του ανθρώπου που έδωσαν ώθηση στην ανάπτυξη κατασκευών, με σκοπό την βελτίωση της ζωής του. Παρατηρείται ότι η τεχνολογία έχει αυτοδύναμη ανάπτυξη που έχει ως θεμέλιο τη φυσική επιστήμη. Παραδείγματα τεχνολογίας είναι οι ηλεκτρονικός υπολογιστής, το κινητό τηλέφωνο, η τηλεόραση που αναπτύχθηκαν από τους επιστήμονες στηριζόμενοι στους νόμους της φυσικής και συγκεκριμένα στη φυσική ημιαγωγών, του ηλεκτρομαγνητισμού κ.ά. Από την άλλη η εξέλιξη της τεχνολογίας επιτρέπει την διεξαγωγή πολύπλοκων και ακριβή πειράματα της φυσικής για την ανακάλυψη των βαθύτερων νόμων της φυσικής. Έτσι βλέπουμε ότι υπάρχει μια αλληλεπίδραση μεταξύ τεχνολογίας και φυσικών επιστημών. Τέλος πρέπει να επισημάνουμε  ότι οι αρνητικές πλευρές της σύγχρονης τεχνολογίας όπως τα απόβλητα, τα καυσαέρια, οι ακτινοβολίες, δεν ευθύνεται η φυσική επιστήμη, αλλά όλοι εμείς οι άνθρωποι που δεν διαχειριζόμαστε ορθά τις γνώσεις μας.