Ιστορία και εξέλιξη των ιδεών στη Φυσική

Από την εποχή που ο άνθρωπος εμφανίστηκε πάνω στη Γη άρχισε να αναρωτιέται για το πώς δημιουργήθηκε ο ίδιος και ο κόσμος στον οποίο ζει καθώς και για το ποιες δυνάμεις και νόμοι διέπουν τα φυσικά φαινόμενα που παρατηρεί γύρω του. Στους περισσότερους λαούς τις απαντήσεις σ’ αυτά τα ερωτήματα είχαν αναλάβει να δίνουν οι ιερείς και οι άρχοντες, οι οποίοι δεν αισθάνονταν την ανάγκη να τις δικαιολογούν ή να τις συζητούν.

Οι αρχαίοι Έλληνες, όμως, ήταν ιστορικά οι πρώτοι άνθρωποι που επιχείρησαν μια διεξοδική έρευνα του Σύμπαντος, δηλαδή μια συστηματική συλλογή γνώσης βασισμένη στην ανθρώπινη λογική, με λίγους περιορισμούς από οποιοδήποτε ιερατείο. Όσοι από αυτούς προχώρησαν σ’ αυτήν την έρευνα, δηλαδή στην προσπάθεια κατανόησης της φύσης, βασιζόμενοι στον ορθολογισμό και χωρίς να επιζητήσουν τη βοήθεια της διαίσθησης, της έμπνευσης ή της αποκάλυψης, ονομάστηκαν φιλόσοφοι. Χωρίς αμφιβολία υπήρχαν σοφοί άνθρωποι, ακόμη και ορθολογιστές, πριν από τους Έλληνες, αλλά δεν γνωρίζουμε σήμερα τα ονόματά τους. Ο λόγος είναι ότι ο Ελληνικός πολιτισμός άφησε πίσω του μια ορθολογιστική φιλοσοφία καταγεγραμμένη σε γραπτά κείμενα, η οποία, όπως θα δούμε, αποτέλεσε τον πρόγονο της σύγχρονης επιστήμης.

Η φιλοσοφία μπορεί, γενικά, να ασχοληθεί με τη διερεύνηση δύο διαφορετικών «κόσμων», του «εσωτερικού» και του «εξωτερικού». Στην πρώτη περίπτωση επικεντρώνεται στη συνείδηση των ανθρώπων, αναζητώντας την κατανόηση της ανθρώπινης συμπεριφοράς, δηλαδή της ηθικής, των κινήτρων και των αντιδράσεων των ανθρώπων. Στη δεύτερη περίπτωση επικεντρώνεται στον γύρω κόσμο, επιχειρώντας μια διερεύνηση του αντιληπτού Σύμπαντος ή, με άλλα λόγια, της φύσης. Ο πιο γνωστός εκπρόσωπος της πρώτης τάσης στην αρχαία Ελλάδα ήταν ο  Πλάτωνας, μαθητής του μεγάλου Σωκράτη, ενώ ο πιο γνωστός εκπρόσωπος της δεύτερης ήταν ο Αριστοτέλης, μαθητής του Πλάτωνα. Αξίζει να επισημάνουμε το γεγονός ότι μέσα σε διάστημα μόνο πενήντα χρόνων ο αρχαιοελληνικός πολιτισμός έδωσε στον κόσμο αυτά τα δύο συστήματα φιλοσοφίας που διαμορφώνουν, ακόμη και σήμερα, τα δύο βασικά φιλοσοφικά ρεύματα.

Οι φιλόσοφοι που ακολούθησαν τη δεύτερη εναλλακτική οδό, δηλαδή το δρόμο του Αριστοτέλη, ονομάστηκαν φυσικοί φιλόσοφοι, και για πολλούς αιώνες μετά από την ακμή του αρχαίου Ελληνικού πολιτισμού η μελέτη των φαινομένων της φύσης συνεχίστηκε να ονομάζεται Φυσική Φιλοσοφία. Η σύγχρονη έκφραση που χρησιμοποιείται στη θέση της, Φυσική Επιστήμη ή απλά Επιστήμη (αγγλικά Science από τη λατινική λέξη scientia που σημαίνει επιστήμη, γνώση) δεν καθιερώθηκε παρά σχετικά πρόσφατα, μόλις τον δέκατο ένατο αιώνα. Ακόμη και σήμερα το υψηλότερο πανεπιστημιακό πτυχίο, που απονέμεται στη δυτική Ευρώπη και τις Ηνωμένες Πολιτείες για σπουδές στις φυσικές επιστήμες, έχει τον τίτλο Διδάκτωρ Φιλοσοφίας (Philosophiae Doctor, PhD). Η λέξη Φυσική, επομένως, είναι μια συντομευμένη μορφή του όρου «Φυσική Φιλοσοφία» και, στην αρχική της έννοια, περιλάμβανε όλους του κλάδους των φυσικών επιστημών. Καθώς όμως το πεδίο των Φυσικών Επιστημών γινόταν ολοένα και βαθύτερο και ευρύτερο και καθώς οι πληροφορίες που συσσωρεύονταν γίνονταν ολοένα και πιο πολλές, οι φυσικοί φιλόσοφοι έπρεπε να εξειδικευθούν, διαλέγοντας κάποια συγκεκριμένη κατεύθυνση της επιστημονικής προσπάθειας ως πεδίο εργασίας τους. Οι ειδικοί αυτοί έλαβαν ξεχωριστά ονόματα και άρχισαν να διαχωρίζονται από τον παλιότερα ενιαίο χώρο της Φυσικής Φιλοσοφίας.

Η μελέτη των αφηρημένων σχέσεων μορφής και αριθμών ονομάστηκε Μαθηματικά. Η μελέτη της θέσης και της κίνησης των ουράνιων σωμάτων ονομάστηκε Αστρονομία (από τις ελληνικές λέξεις αστήρ και νόμος). Η μελέτη των φυσικών χαρακτηριστικών της Γης, στην οποία ζούμε, ονομάστηκε Γεωλογία. Η μελέτη της σύστασης και των αλληλεπιδράσεων των ουσιών ονομάστηκε Χημεία. Η μελέτη της δομής, της λειτουργίας και των αλληλεπιδράσεων των ζωντανών οργανισμών ονομάστηκε Βιολογία, και ούτω καθεξής. Ο όρος Φυσική έμεινε να περιγράφει τη μελέτη εκείνων των κατευθύνσεων της φύσης, που παρέμειναν μετά την αφαίρεση των ειδικοτήτων που αναφέραμε παραπάνω. Για το λόγο αυτό η Φυσική κατέληξε σήμερα να περιλαμβάνει ένα μάλλον ετερογενές σύνολο γνώσεων, που είναι δύσκολο να περιγραφεί με ένα γενικό ορισμό. Σίγουρα πάντως περιλαμβάνει φαινόμενα όπως η κίνηση, η θερμότητα, το φως, ο ήχος, ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός. Όλα τα παραπάνω αποτελούν μορφές ενέργειας, οπότε η μελέτη της (κλασικής) Φυσικής μπορεί να θεωρηθεί ότι περιλαμβάνει, κυρίως, μια μελέτη των αλληλεπιδράσεων της ύλης με την ενέργεια. Αυτός ο ορισμός μπορεί να ερμηνευθεί είτε με τη στενή είτε με την ευρεία έννοια. Αν ερμηνευθεί με τη στενή έννοια, τότε καταλήγουμε στο περιεχόμενο των σπουδών ενός «τυπικού» Τμήματος Φυσικής. Αν όμως ερμηνευθεί με την ευρεία, τότε η Φυσική μπορεί να θεωρηθεί ότι συμπεριλαμβάνει και ένα μεγάλο τμήμα από τις υπόλοιπες κατευθύνσεις των Φυσικών Επιστημών. Αξίζει να σημειωθεί ότι η τελευταία, ευρεία, ερμηνεία είναι αυτή που επικράτησε κατά τον εικοστό αιώνα.

Σύμφωνα με τα παραπάνω, η διαφοροποίηση των φυσικών επιστημών σε ειδικότητες είναι, τελικά, μια τεχνητή κατάταξη. Ενόσω το επίπεδο των γνώσεων ήταν ακόμη σχετικά χαμηλό, η διάκριση ήταν χρήσιμη και φαινόταν φυσιολογική. Ήταν δυνατό για κάποιον άνθρωπο να σπουδάζει Αστρονομία ή Βιολογία χωρίς να ασχολείται με τη Χημεία ή τη Φυσική, ή ακόμη και να σπουδάζει είτε μόνο Φυσική είτε μόνο Χημεία ξεχωριστά. Με τον καιρό και τη συσσώρευση της γνώσης, όμως, τα σύνορα των ειδικοτήτων έγιναν ασαφή και τελικά πολλές ειδικότητες επικαλύφθηκαν κατά ένα μέρος, με αποτέλεσμα οι τεχνικές και οι μέθοδοι μιας επιστήμης να χρησιμοποιηθούν και από τις υπόλοιπες. Για παράδειγμα, στο δεύτερο μισό του δέκατου ένατου αιώνα οι φυσικές τεχνικές επέτρεψαν τον προσδιορισμό της χημικής σύστασης και της φυσικής δομής των άστρων. Έτσι γεννήθηκε η επιστήμη της  Αστροφυσικής. Η μελέτη των ταλαντώσεων που διεγείρονται στο στερεό τμήμα της Γης από τους σεισμούς δημιούργησε τη Γεωφυσική. Η μελέτη των χημικών ουσιών με μεθόδους της Φυσικής απετέλεσε τη Φυσική Χημεία. Τέλος η Χημεία, με τη σειρά της, εισχώρησε στη μελέτη της Βιολογίας για να δημιουργήσει αυτό που σήμερα ονομάζουμε Μοριακή Βιολογία.

Όσον αφορά στα Μαθηματικά, αυτά από την αρχή αποτέλεσαν βασικά εργαλεία των φυσικών πολύ περισσότερο απ’ όσο των χημικών ή των βιολόγων. Σήμερα η ανάγκη της γνώσης των Μαθηματικών στις φυσικές επιστήμες έχει αυξηθεί σημαντικά, ενώ παράλληλα η παραπάνω διαφοροποίηση εξακολουθεί να ισχύει. Έτσι βρισκόμαστε στο σημείο όπου τα Μαθηματικά θεωρούνται απαραίτητα εργαλεία στις υπόλοιπες κατευθύνσεις των φυσικών επιστημών. Από την άλλη πλευρά, όμως, η έρευνα για τις βασικές αρχές της Φυσικής έχει γίνει τόσο εξειδικευμένη, ώστε κατέληξε να είναι πολύ δύσκολη η διαφοροποίηση ανάμεσα σε έναν «εφαρμοσμένο Μαθηματικό» και σε έναν «θεωρητικό Φυσικό». Στο σημείο αυτό θα πρέπει να παρατηρήσουμε ότι οι μαθηματικοί που συνεισέφεραν στην ανάπτυξη της Φυσικής ανήκουν σε δύο κατηγορίες. Στην πρώτη ανήκουν αυτοί που περιέγραψαν ή έλυσαν, με τη βοήθεια των μαθηματικών, γνωστά προβλήματα που ανήκουν στη Φυσική ή άπτονται, έστω, της Φυσικής, όπως ήταν, για παράδειγμα, οι Λαγκράνζ (Joseph Louis Compte de Lagrange, 1736-1813), Γκάους (Johann Carl Friedrich Gauss, 1777-1855),  Πουανκαρέ (Jules Henri Poincaré, 1854-1912) κλπ. Στη δεύτερη ανήκουν αυτοί  που  δημιούργησαν θεωρίες σε εντελώς αφηρημένα αντικείμενα (ή σε μοντέλα που δεν φαινόταν να έχουν σχέση με την παρατηρούμενη Φύση και τις ιδιότητές της), των οποίων όμως τα αποτελέσματα βρήκαν εφαρμογή στη Φυσική εκ των υστέρων, όπως, για παράδειγμα, είναι η μη αντιμεταθετική άλγεβρα του Χάμιλτον (Sir William Rowan Hamilton, 1805-1865), οι ομάδες Λι (Sophus Lie, 1842-1899), οι τανυστές Ρίμαν (Georg Friedrich Bernhard Riemann, 1826-1866) κλπ.

Το τελικό αποτέλεσμα είναι ότι πολλοί μεγάλοι επιστήμονες που έζησαν τον δέκατο όγδοο και δέκατο ένατο αιώνα μπορούν να καταταγούν σε διαφορετικές ειδικότητες, ανάλογα με το πρίσμα υπό το οποίο παρατηρεί κανείς το έργο τους. Για παράδειγμα οι Ζοζέφ-Λουί Γκε-Λισάκ (Joseph-Louis Gay-Lussac, 1778–1850) και Μάικλ Φάραντέι (Michael Faraday, 1791-1867) μπορεί να θεωρηθούν και ως χημικοί, ενώ στο παρόν σύγγραμμα τους αναφέρουμε ως φυσικούς. Από την άλλη μεριά οι Χόιχενς (Christiaan Huygens, 1629-1695), Νιούτον (Sir Isaac Newton, 1642-1727), Κουλόν (Charles Augustin de Coulomb, 1736-1806), Γαλιλαίος (Galileo Galilei, 1564-1642) και Κίρχοφ (Gustav Robert Kirchhoff, 1824-1887) από πολλούς θεωρούνται ως μαθηματικοί, ενώ και πάλι εδώ τους κατατάσσουμε ως φυσικούς.

Σημειώσεις του Χ.Βάρβογλη στο μάθημα Ιστορία και εξέλιξη των ιδεών στη Φυσική