KRATKA ISTORIJA FIZIKE

Reč fizika potiče od grčke reči

phusis

koja znači priroda. Fizika je prirodna nauka koja proučava prirodu u najširem

smislu. Let ptica ili aviona, putovanje brodova na vodi ili svemirskih brodova, plivanje riba ili podmornica, sudari
automobila ili čestica, kretanje jabuka ili planeta, sastav i struktura galaksija, zvezda, planeta, svega što nas okružuje – od
kvarkova do kvazara, pa čak i sam nastanak i sudbina Univerzuma, sve to proučava fizika. U savremenom svetu sve
fizičke teorije se najčešće izražavaju kao matematičke forumule, ali, kao što je rekao Ajnštajn, suština svake teorije nije u
forumlama već u ideji.

Od davnina čovek se interesovao za svet u kome je živeo. Ljudi su pokušavali da shvate procese koji su se oko njih
dešavali, da ih opišu i predvide. Prva „meta“ ljudske radoznalosti bile su stvari u neposrednoj blizini – zašto stvari padaju
na zemlju ako nemaju oslonac, koja su sličnosti, a koje razlike između leda, drveta, vode i vazduha itd. Kako je sve više
uspevao da razume svakodnevni svet čovek je počeo da razmišlja i o prirodi svemira, obliku Zemlje, kretanju Sunca i
Meseca. Bilo je mnogo teorija koje su pokušale da objasne te pojave, ali sve one su to radile na manje ili više pogrešan
način. Međutim, bez obzira na netačnost tih teorija, one su ipak dale ogroman doprinost daljem razvoju fizike i ljudskog
društva uopšte.

Istorija nauke obično počinju sa Talesom iz Mileta, koji je postao slavan nakon što je uspešno predvideo pomračenje
Sunca 585. godine pre nove ere. On je bio prvi koji je pokuša da objasni prirodu na naučan način.

Teško je izdvojiti najvažnije ideje iz tog najranijeg perioda ali sigurno treba pomenuti učenja Pitagorejaca o tome da je
Zemlja okrugla (500. g.p.n.e), Anaksagore da su Sunce, Mesec i zvezde sastavljene od istog materijala kao i Zemlja, sa
tom razlikom da su stene na Suncu usijane (470. g.p.m.e), Demokrita koji je shvatio da se Mlečni put sastoji od mnogo
zvezda (385. g.p.n.e) i naravno Aristotelovih prvih zakona fizike o kretanju tela.

Osim posmatranja i tumačenja kako se stvari oko njih kreću stari narodi pokušavali su da razumeju od čega je svet u kome
žive izgrađen. Aristotel, i njegovi predhodnici, smatrali su da je svet izgrađen od nekoliko elemenata. Ideja o tome koji su
to elementi i koliko ih zapravo ima vremenom se menjala, ali u osnovi uvek je bila ista: voda, vazduh, vatra i zemlja. Prvi
čovek koji je verovato da je priroda izgrađena od istih, malih i nevidljivih delića bio je Leukip. Te deliće on je nazvao
atomi, od grčke reči atomos koja znači nedeljiv. Leukipovu ideju donekle je izmenio Demokrit koji je smatrao da se atomi
međusobno razlikuju, i da je svet izgrađen od više vrsta atoma. Osnove Demokritove ideje potvrdio je Mendeljejev mnogo
vekova kasnije (1869. god) kada je postavio periodni sistem elemenata.

Nakon Aristotela sve do XVIIveka nije bilo nekih većih događaja na polju fizike, a u tom veku Galileo Galilej svojim
otkrićima stvorio je fiziku koju danas poznajemo. Galilej je sumnjao u zakone koje je postavio Aristotel, ali što je još
važnije on je sumnjao u metod istraživanja koji je do tada primenjivan. Za razliku od Aristotela i njegovih sledbenika, koji
su smatrali da se priroda može opisati samo razmišljanjem, Galilej je počeo da proverava zaključke do kojih se došlo
razmišljanjem. Jednom rečju Galilej je uveo eksperiment u fiziku. Od Galilejevih okrića sigurno treba izdvojiti: Jupiterove
satelite (1610. g), zakon inercije (1613), teorija plime i oseke (1624) i princip relativnosti (1632).

Godine 1687. Njutn je objavio Philosophiae Naturalis Prinicpia Mathematica, verovatno najznačajnije pojedinačno delo u
istoriji fizike. U toj knjizi Njutn je postavio osnovne zakone kretanja (tzv. Njutnovi zakoni mehanike) i gravitacije. Na
ovim zakonima bazirana je celokupna klasična mehanika do današnjih dana. Njutnov zakon gravitacije doveo je do prvog
ujedinjenja fizike. On je pokazao da isti zakoni upravljaju zemaljskom i nebeskom mehanikom.

Dalji doprinos razvoju mehanike dali su Lagranž (1788. god, Lagranžev formalizam) i Hamilton (1834. g, princip
najmanjeg dejstva), a osim njih značajan dopinos dali su Ojler, Dalamber, Laplas, Poason, Jakobi i mnogi drugi.

Početkom VIII veka počinje intenzivan razvoj i drugih grana fizike. Okrićima Bojla (1662, Bojl-Mariotov zakon koji
pokazuje vezu između pritiska i temperature idealnih gasova) i Bernulija (1733, kinetička teorija gasova) postavljaja se

temelj za dalji razvoj termodinamike i statističke mehanike. Tompson je 1789. godine demonstrirao pretvaranje
mehaničkog rada u toplotu, a 1847 Džul je formulisao zakon o održanju energije.

Veliki doprinos razumevanju električnih i magnetnih pojava dali su Amper (1822, dve žice kroz koje protiče struja
međusobno se privlače) i Faradej (1831, magnet koji se kreće proizvodi struju, dinamo, transformator, zakoni elektrolize).
Maksvel je 1855. godine ujedinio elektricitet i magnetizam u jedinstvenu teoriju elektro-magnetizma, četri osnovne
jednačine kojima su ove pojave opisane i pokazao da elektricitet i magentizam ne mogu da postoje nazavisno jedno od
drugog. Maksvelova teorija pokazala je da je svetlost zapravo elektromagnetni talas.

U XIX veku istraživanja u oblasti fizke sve više kreću u pravcu proučavanja strukture materije i elektromagnetnog
zračenja. Rentgen je 1895. godine otkrio X-zrake, koji su elektromagnetno zračenje visoke frekvence i energije. Godine
1896. Bekerel je otkrio radioaktivnost. Radioaktivne pojave dalje su proučavali Pjer i Marija Kiri. Njihovi radovi postavili
su temelj razvoju nuklearne fizike.

Elektron, prva poznata elementarna čestica, otkrio je J. J. Tomson 1897. godine. Sedam godina kasnije (1904) Tomson je
postavio modelu atoma sličan ovom koji se i danas koristi. Godine 1913. Bor je postavio dva postulata kojima je gotovo u
potpunosti opisao strukturu atoma.

Dve nedelje pre početka XX veka, 14. decembra 1900. godine, Plank je postavio hipotezu da se energija ne emituje
kontinualno već u paketićima, tzv. kvantima. Uvođenjem kvanta Plank je pokrenuo razvoj nove fizike, kvantne mehanike,
koja će obeležiti vek koji je počinjao. Veliki doprinos početku razvoja kvantne mehanike dao je i Albert Ajnštajn 1905.
godine zakonom o fotoelektričnom efektu. Ogroman doprinos razvoju kvantne mahanike i savremen fizike uopšte dali su
1926. godine Hajzenberg, koji je forumlisao princip neodređenosti, prema kome je u mikrosvetu nemoguće istovremeno
tačno izmeriti položaj i impuls neke čestice, i Šredinger poznatom talasnom jednačinom (koja nosi njegovo ime). Dalji
doprinos razvoju kvantne mehanike dao je Dirak 1928. godine kada je postavio relativističku jednačinu za elektron.

Kvantna mehanika je postavila kreirala matematički alat za fiziku čvrstog stanja, koja izučava svojstva čvrstih tela,
kristalnu strukturu, poluprovodnike i superprovodnike. Jedan od pionira razvoja fizike čvrstog stanja je Bloh, koji je 1928.
godine opisao ponašanje elektrona u kristalima.

Paralelno sa kvantnom mehanikom rađala se još jedna nova fizika, fizika koja je otvorila pogleda u jedan drugi svet.
Godine 1905, jedan tada potpuno nepoznati fizičara, Albert Ajnštajn, objavio je članak pod naslovom „O elektrodinamici
tela u kretanju“. Upravo taj članak predstavljao je specijalnu teoriju relativnosti, teoriju koja je opisivala kretanja tela koja
putuju brzinama približnim brzini svetlosti. Ajnštajn je uočio problem u ovoj teoriji, ona nije bila saglasna sa Njutnovim
zakonom gravitacije i pokušavao je da to reši. To njegovo traganje za teorijom koja će opisati gravitaciju dovelo ga je
1916. godine do Opšte teorije relativnosti.

Tokom drugog svetskog rata fizika beleži nagli napredak, ali najveći napredak postiže se u nuklearnoj fizici, Nemački
pokušaji, koji je predvodio Hajzenberg, pravljenja atomske bombe, srećom, ne postiže uspeh. Za to vreme saveznički
projekat Menhetn ostvaruje cilj. Tim fizičara predvođen Fermijem je 1942. godine ostvario prvu nuklearnu lančanu
reakciju, a 1945. Godine izvršena je proba prve atomske bombe u Alamagordu, Novi Meksiko.

Sredinom XX veka veliki značaj dobila je kvantna teorija polja koja je formulisana da bi obeybedila vezu kvantne
mehanike i specijalne teorije relativnosti. Danas prihvaćeni oblik ova teorija dostigla je četrdesetih godina prošlog veka u
radovima Fejnmana, Švingera, Tomonaga i Dajsona. Oni su formulisali teoriju kvantne elektrodinamike kojom su postigli
objedinjenje slabe i elektromagnetne interakcije.

Kvantna teorija polja obezbedila je i uslove za razvoj moderne teorije elementarnih čestica, koja izučava
najfuntamentalnije stvari u prirodi – sile i najsitnije čestice koje izgrađuju čitav Univerzum. Temelj standardnog modela

Svima je vrlo dobro poznato šta se dešava kad čovek uđe u mračnu sobu i upali pritisne prekidač da upali sijalicu – u
istom trenutku paljenja prekidača sijalica počinje da svetli a svetlost sa nje trenutno stiže do naših očiju. Takođe je dobro
poznato da je sijalica izvor svetlosti i da sva svetlost koja obasjava sobu potiče od sijalice. Lako se dolazi do zaključka da
bi čovek video svetlost ona mora da pređe put od sijalice do njegovih očiju. Čovekova čula kazuju mu da vidi svetlost u
istom trenutku paljenja prekidača, ali da li se svetlost stvarno prenosi beskonačnom brzinom, ili je ta njena brzina samo
toliko velika da našim čulima samo deluje da se sve dešava trenutno?

U Srednjem veku bilo je dosta rasprava o tome da li je brzina svetlosti konačna ili je beskonačna, pri čemu je i tako
istaknut naučnik kao Dekart (1596 – 1650) tvrdio da je ona beskonačna, dok je Galilej (1564 – 1632) tvrdio da je ona
konačna.

Da bi potvrdio da je on u pravu Galilej je probao da eksperimentom odredi brzinu svetlosti. Ovaj eksperiment probao je da
izvede na sličan način kao što je Mersen odredio brzinu zvuka. Jedne tamne noći poslao je svog pomoćnika sa upaljenim
fenjerom prekrivenim kofom na jedan udaljeni brežuljak. Galilej je takođe imao fenjer pokriven kofom. Kada su obojica
bili na svojim mestima, Galilej je podigao kofu sa svog fenjera i pustio svetlost da putuje ka pomoćniku, zadatak
pomoćnika bio je da u trenutku kad ugleda svetlo sa Galilejevog fenjera odmah otkrije svoj fenjer. Svetlosni zraci iz
pomoćnikovog fenjera stigli bi do Galileja koji je merio ukupno vreme od kad je podigao kofu do prijema svetlosnih zraka
iz drugog fenjera. Mislio je da može na osnovu rastojanja između sebe i pomoćnika i izmerenog vremena da odredi brzinu
svetlosti. ali tu je nastupio veliki problem. Svaki put kad bi ponovio eksperiment Galilej je dobijao različite rezultate, pa iz
tih rezultata nije mogao da izvede nikakav zaključak.

Tek mnogo godina posle Galileja bilo je jasno zašto Galilejev pokušaj nije uspeo: vreme koje je bilo potrebo Galileju i
njegovom pomoćniku da reaguju na uočenu svetlost fenjera bilo je mnogo veće u odnosu na vreme potrebno svetlosti da
prevali put između njih dvojice, odnosno ako pretpostavimo da je za njihovu reakciju bila potrebna jedna sekunda za to
vreme svetlost bi 14 puta obišla Zemlju.

Iako je ova metoda izgledala ispravna, bila je tako uzaludna kao kad bi puž pokušavao da uhvati muvu.

Remerova astronomska metoda

Posle Galilejevog neuspeha bilo je jasno da je za određivanje brzine svetlosti neophodno merenje vremena prolaska
svetlosnog zraka preko velikog rastojanja, većeg od obima Zemlje, ili da se koristi kraće rastojanje ali pod uslovom da se
raspolaže preciznim časovnikom. Ubrzo posle neuspeha Galileja javila se ideja o jednoj astronomskoj metodi, i kao
ironija, jedno od Galilejevih ranih otkrića u astronomiji omogućilo je uspeh te metode.

Kao što je poznato Galilej je 1610. god. prvi put upotrebio teleskop u astronomiji i pomoću njega otkrio četiri najveća
Jupiterova satelita (kasnije nazvana Galilejevi sateliti). Kao i Mesec oko Zemlje, svaki od njih putuje svojom orbitom oko
planete, svaki u svom konstantnom vremenskom intervalu, nazvanom period.

Danski astronom Olaf Remer je 1675. godine izmerio periode ova četiri satelita, ali je dobio drugačije rezultate kada ih je
opet izmerio nakon šest meseci! Remer je izmerio vremenski interval potreban jednom od Jupiterovih meseca od trenutka
izlaska meseca iz senke Jupitera do njegovog dolaska ispred Jupitera, a zatim natrag u isti položaj. Odredio je da taj
period iznosi približno 42,5 sati kada se Zemlja nalazi u tački svoje orbite koja je najbliža Jupiteru.

Nakon šest meseci Zemlja će se naći na suprotnoj strani orbite oko Sunca, tj biće na najvećem rastojanju od Jupitera, a
Jupiter će se na svojoj putanji pomeriti zanemarljivo malo. Remer je sada takođe očekivao da se pomračenja Jupiterovog
meseca opet dešavaju u intervalima od po 42,5 sati, ali situacija je bila malo drugačija. On je našao da se pomračenja

dešavaju sa sve većim i većim zakašnjenjem kako se Zemlja udaljavala od Jupitera, i nakon šest meseci, kada je ona bila
najdalja, ovo zakašnjenje je iznosilo 1000 sekundi.

Jedini logičan zaključak koji je Remer mogao da donese bio je da ovo dodatno vreme predstavlja vreme potrebno svetlosti
da pređe dodatno rastojanje između Zemlje i Jupitera, odnosno da pređe rastojanje preko prečnika Zemljine orbite. U to
vreme verovalo se da prečnik Zemljine orbite iznosi 284 miliona, umesto tačnih 300 miliona, kilometara tako da su
Remerovi podaci dali suviše malu vrednost za brzinu svetlosti. Ipak, Remerova metoda je ušla u storiju kao prvo uspešno
određivanje brzine svetlosti.

Fizova zemaljska metoda

Prvo određivanje brzine svetlosti bez upotrebe astronomskih metoda izveo je Fizo u 1849. godini. U osnovi ovaj metod je
podsećao na Galilejev pokušaj ali uspeo je da prevaziđe jedini nedostatak Galilejevog eksperimenta – imao je mogućnost
tačnog merenja kratkog vremenskog intervala u kome svetlosni zrak prelazi relativno kratko rastojanje na Zemlji.

Aparatura za ovaj eksperiment sastojala se od jednog zupčanika koji je okretan sistemom kotura i tegova. Izvor svetlosti
bila je upaljena sveća. Na rastojanju od 8 km od sveće nalazilo se jedno ravno ogledalo.

U slučaju kada se kotur ne okreće svetlost sveće prolazi između dva zubaca, prelazi put od 8 km do ogledala i vraća se
natrag istim putem, opet prolazi kroz isti prorez i stiže do oka posmatrača, koje se nalazi iza sveće.

Ako bi se sada zupčanik zarotirao svetlosni snop koji polazi od sveće bio bi iseckan zupcima koji prolaze ispred sveće.
Rezultat ovoga biće niz snopova poslatih ka ogledalu, a dužina svakog snopa zavisiće od brzine okretanja zupčanika; što
se zupčanik brže okreće snopovi bi bili kraći.

Svi ovi snopovi svetlosti putuju do udaljenog ogledala, od njega se odbijaju i istim putem se vraćaju nazad. Kada svetlosni
snop stigne nazad do zupčanika on neometano može proći do oka posmatrača, ali isto tako može naići na prepreku,
odnosno zubac zupčanika, i tu završiti svoje 16 km dugo putovanje. Jasno je da to da li će posmatrač da vidi svetlosni
snop ili ne zavisi od brzine okretanja zupčanika – ako se zupčanik okreće sporo zubac će zakloniti dolazeći svetlosni snop,
ali ako je njegova rotacija dovoljno brza svetlost će proći kroz prorez iza zubca i posmatrač će moći d aga vidi.

Fizo je baš na ovakav način odredio brzinu svetlosti. Eksperiment je počeo tako što je na početku zupčanik mirovao i on
je nesmetano mogao da vidi svetlosni snop koji se vraćao. Kasnije je počeo sve više i više da ubrzava zupčanik i svetlosni
snop se izgubio. Kada se snop svetlosti opet pojavio, Fizo je zabeležio brzinu rotacije zupčanika. Znao je da svetlost pređe
put od 16 km za vreme koje je potrebno da jedan zubac bude zamenjen sledećim a to vreme je mogao da odredi znajući
brzinu rotacije zupčanika koju je već izmerio.

Na ovakav način Fizo je dobio da brzina svetlosti iznosi 313.870 km/s, što je za oko 5% više nego prava vrednost, ali bilo
je to vrlo precizno merenje za to vreme kada je izvedeno.

Majkelsonovo precizno merenje

Sigurno najpoznatije merenje brzine svetlosti izvršio je Majkelson 1926. godine. Princip eksperimenta je sličan principu
koji je koristio i Fizo, sa tom razlikom što je umesto rotirajućeg zupčanika Majkelson koristio obrtno, mnogostrano
ogledalo za seckanje svetlosnog talasa u pojedinačne zrake. Mnogostrano ogledalo je bilo oblika šestougla a na svakoj
njegovoj strani bilo je postavljeno po jedno ravno ogledalo; ogledalo je pokretao elektromotor pa je brzina rotacije mogla
precizno da se podešava.

Na početku eksperimenta sistem ogledala miruje. Svetlost polazi sa sijalice, neometano prolazi paralelno jednoj strani
ogledala, stiže do udaljenog ogledala, odbija se, i vraća se nazad istim putem do oka posmatrača. Ako se ogledalo pokrene
da rotira nastupiće dve slične situacije kao i kod Fizovog zupčanika – ako ogledalo rotira nedovoljno brzo, sledeća strana

Sada je problem postojanja medijuma kroz koji putuju elektromagnetni talasi bio još ozbiljniji. Naučnici su
verovali da mora da postoji neki medijum gde bi boravila električna i magnetna polja, nije se moglo zamisliti da
ta polja postoje u vakuumu. Smatralo se da je za prostiranje elektromagnetnih talasa bilo neophodno postojanje
nekog medijuma koji bi ih nosio, a jedini logičan medijum bio je eter.

Razumljivo je očekivati da su naučnici tog vremena probali da detektuju eter. Smatralo se da ako bi eter
postojao on bi morao da ispunjava sav vasionski prostor, a na osnovu toga zaključeno je da bi on trebao da bude
jedina stvar koja se ne kreće.

Sve ideje o postojanju etera bile su vrlo obične i lako prihvatljive, trebalo je još samo detektovati taj eter.

Ako se bi se nalazili na brodu koji plovi morem i želimo da znamo da li se brod kreće ili ne ona sve što treba da
uradimo je da pogledamo da li se voda kreće uz brod ili jednostavno da ispružimo ruku u vodu. Na sličan način
naučnici su probali da provere da li se Zemlja kreće kroz eter ili ne, oni su probali da detektuju kretanje etera, ili
kako su tu pojavu nazvali eterski vetar. Na nesreću eterski vetar nije moga da se detektuje samo jednostavnim
pružanjem ruke u okolni prostor da bi se on osetio.

Očekivani efekt etera

Kao posledica eterskog vetra morali su da postoje neki efekti za kojima se uporno tragalo. Jedan od najčešće
korišćenih efekata u pokušaju detekcije etra bio je vezan sa "pomeranje" svetlosnih talasa koji kroz eter putuju.

Pretpostavimo da u žiži jednog teleskopa uhvatimo jednu zvezdu u pravcu kojim se Zemlja kreće po svojoj
orbiti. Dalje pretpostavimo da u teleskop ulaze dva svetlosna snopa koja su stigla sa zvezde. Sočiva teleskopa
prelamaju ove zrake i oni se seku u žiži unutar teleskopa. Kako se posmatrač, zajedno sa celom planetom, kreće
brzinom od 30 km/s ka zvezdi, oko posmatrača će stići u tačku gde je bila žiža u isto vreme kad i svetlosni
snopovi stižu u tu tačku i posmatrač će videti zvezdu.

Kada posmatrač bude posmatrao istu zvezdu nakon šest meseci, kada se Zemlja bude nalazila na suprotnom
kraju svoje orbite, a ne promeni fokus. Situacija će biti sasvim drugačija, Zemlja se sada udaljava od zvezde
kroz eter brzinom od 30 km/s. Kako se sada teleskop i posmatrač udaljavaju od dolazećeg svetlosnog talasa
posmatračevo oko neće više biti u tački žiže kada svetlosni snop tu stigne, kao posledica ovoga posmatrač neće
videti oštru sliku zvezde.

Za ovim efektom se uporno tragalo ali niko nije uspeo da ga detektuje.

Majkelson-Morlijev eksperiment

Bez obzira na sve neuspehe u pokušaju detekcije etera niko nije dovodio u sumnju njegovo postojanje. Svi su
smatrali da potreban mnogo osetljiviji eksperiment. Takav eksperiment zamislili su i izveli Majkelson i Morli

1881. godine.

Eksperiment koji su Majkleson i Morli izveli zasnivao se na vrlo
jednostavnom principu. Ako bi smo zamislili takmičenje dva identična
aviona. Neka ta dva aviona istovremeno krenu iz tačke A, jedan ka
tački B a drugi ka tački C (vidi sliku). Prvi avion treba da leti na sever
do tačke B a zatim nazad na jug do tačke A, a drugi na istok do tačke
C a zatim nazad u pravcu zapada do tačke A. Pretpostavićemo još da
se tačke B i C nalaze na istom rastojanju od A i neka to rastojanje