Fysiikan historia ja filosofia 2013 Heimo Saarikko Fysiikan laitos

Sisältö Johdanto ja tavoitteet Luonnonfilosofia, lukukäsitys ja matematiikka historian 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

Sähkömagnetismi kautta aikojen Lämmön kineettinen teoria ja molekyylin koon ongelma Fysiikan kultaiset vuodet Valon mysteeri – hiukkasia vai aaltoja? Ketkä oikeastaan kehittivät suhteellisuusteorian? Planckin ”suuri” interpolaatio ja lämpösäteilyn kvanttihypoteesi Valosähköinen ilmiö ja sen selitys Viivaspektrit ja Bohrin atomimalli Kvanttimekaniikan synty ja debatti uuden teorian tulkinnasta Atomi-, ydin- ja hiukkasfysiikan kehityksestä Suomen fysiikan tutkimuksen ja opetuksen historiaa Fysiikka ja yhteiskunta: Nobelin fysiikan palkinnot ja muut kunnianosoitukset tiedepoliittisina indikaattoreina

Päätavoitteet Niveltää fysiikan historia historian päävirtaan Esitellä fysiikkatieteen historialliset vaiheet fysiikan ja lähitieteiden differentoitumis- ja yhdentymisprosessit fysiikan oppirakennelman taustoja luonnontieteellisen metodin kehitys historiallista näkökulmaa opetustyön kannalta ja tueksi Huom. Persoonalliset painotukset voimakkaampia kuin oppirakenteen esittely

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

Fysiikan vaiheet Antiikin perusta – joonialainen filosofia lukukäsite, algebra ja geometria joonialainen filosofia geometrinen tähtitiede (hydro)statiikka Aristoteleen maailmankuva arabialainen maailmanvalta Klassinen fysiikka – kokeellisen tutkimuksen läpimurto 1400 taivaanmekaniikka 1500 statiikka ja Galilein mekaniikka 1600 Newtonin mekaniikka, lämpöoppi, paine ja tilavuus, sähköstatiikka

1700 lämpö ja kaasut, pyörimisliike, analyyttinen mekaniikka, sähkövirrat 1800 termodynamiikka, sähkömagneettinen induktio ja elektrodynamiikka, fysiikan kultaiset vuodet 1895-1898 Moderni fysiikka suhteellisuusteoriat kvanttifysiikka kvanttimekaniikka aineen rakenne soveltava fysiikka

Kulttuurikronologiaa

Intellektuaalisen luomisen intensiteetti antiikista nykypäivään (Sarton): Intellektuaalisen luomisen intensiteetti antiikista nykypäivään

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

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

- 600 Ionialaisen filosofian synty + 529 Keisari Justinianus sulkee viimeisen filosofikoulun Ateenassa + 1543 Kopernikuksen teos De revolutionibus … ilmestyy

Fysiikan historian solmukohdat 1687 Newtonin Principia ilmestyi 1820 Oersted keksi sähkövirtojen magneettiset vaikutukset 1864 Maxwellin Elektrodynamiikka julkaistiin 1870 Statistisen mekaniikan läpimurto 1925 Kvanttimekaniikan synty

Fysiikan historian solmukohdat (Hund)

Fysiikan prosessi – oppirakennelman tausta Historialliset vaiheet ja murrokset (esim. karakteristiset vaiheet) Tutkimusmetodin kehitys myytit  järki ja logiikka  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

…jatkuu Inhimillisen toiminnan ja ajattelun luontaiset polut Aristoteleen ”peripateettinen dynamiikka” heittoliikkeen mallin kehitys Sattuma, onnettomat ja onnekkaat virheet

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

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)

Fysiikan integraatio (ja different.) prosessi

Fysiikan käsitteiden hierarkkiset tasot

Michael Barth: 20 advices for teaching History of Science