Fisikaren historia

Fisika (; 'natura' esan nahi duena) zientziaren oinarrizko adar bat da, naturaren inguruko ikerketaz arduratzen dena. XIX. mende arte, fisika “naturaren filosofia” gisa ezagutzen zen, garai horretara arte naturaren inguruko ikerketa eta hausnarketa filosofikoa oso loturik baitzeuden. Gaur egun, aldiz, materia, energia eta bi horien arteko harremanen inguruko ikerketa bezala definitzen da.

Fisika, zentzu batean, zientzia puru oinarrizkoena eta zaharrena da; bertan ematen diren aurkikuntzek aplikazioa baitute zientzia naturaletan, materia eta energia mundu naturalaren oinarrizko osagaiak diren neurrian. Gainerako zientziak, orokorrean, mugatuagoak izan ohi dira eta fisikatik jaio diren adar gisa kontsideratuak dira gehienbat. Fisika, gaur egun ere, bi zatitan banatuta aurkezten da: fisika klasikoa eta fisika modernoa.

Antzinaroa 
Fisika izango zenaren lehendabiziko elementuak astronomia, optika eta mekanikaren esparruetan hasi ziren. Hiru eremu hauek geometriaren ikerketan uztartzen ziren. Diziplina matematiko hau Antzinaroan jaio zen, Babiloniar eta Heleniar idazleen eskutik, Arkimedes eta Ptolemy adibidez. Bitartean, Antzinako Filosofia natura eta bere funtzionamendua azaltzen saiatzen ari zen —baita “fisika” kontzeptuak zer esan nahi zuen ere— ideia desberdinen bitartez. Adibide gisa dugu Aristotelesen lau “kausa” moten ideia.

Antzinako Grezia 
Naturaren ulermen arrazional baterako mugimendua gutxienez Greziako Aro Arkaikoan (K.a. 650-480) hasi zen filosofo Presokratikoekin. Miletoko Tales (K.a. VII-VI), “Zientziaren Aita” izendatua, izan zen lehendabizikoa naturaren fenomenoen azalpen jainkotiar, erlijioso edo mitologikoa onartu ez zuena, aldarrikatuz gertaera ororen atzean kausa natural bat zegoela. Talesek aurrerapenak egin zituen K.a. 580. urtean esanez ura zela oinarrizko elementua. Imanekin eta anbar hagaxkekin esperimentatu zuen eta erregistratu den kosmologiarik zaharrena formulatu zuen. Anaximandrok, bere teoria proto-eboluzionistagatik ospetsua, Talesen ideiak eztabaidatu eta uraren ordez apeiron izeneko substantzia proposatu zuen materia osoaren oinarrizko elementu gisa. K.a. 500. urtearen inguruan, Heraklitok proposatu zuen Unibertsoa gobernatzen duen oinarrizko lege bakarra aldaketa printzipioa dela eta dena etengabe aldatzen ari dela, ezer ez dagoela egoera berean gelditurik. Ideia honek Heraklito unibertsoaren eta denboraren arteko auzia landu zuen lehendabiziko jakintsuetako bat bilakatu zuen, auzi hau oraindik ere egungo fisikan lantzen dela ezin ahaztuz. Leuzipo (K.a. V. mendeko lehen erdialdea) unibertsoko esku-hartze jainkotiarraren aurka tinko azaldu zen. Horren ordez, fenomeno natural orok kausa naturala zuela defendatu zuen. Leuzipo eta bere ikaslea zen Demokrito, atomismo izenez ezagutzen den teoriaren sortzaileak izan ziren. Teoria honek dio, gauza guztiak atomo izeneko elementu zatiezin eta iraunkorrez osatuta daudela.

Greziako Aro Klasiko (K.a. VI-IV) eta garai Helenistikoen baitan, filosofia naturala gutxinaka zeresan handiko ikerketa-esparru interesgarria bilakatzen joan zen. Aristotelesek (Greziarrez: Ἀριστοτέλης, Aristotélēs) (K.a. 384-322), Platonen ikasleak, proposatu zuen fenomeno naturalak behatuz, mundua gobernatzen duten lege naturalak aurkitu eta ezagutu ditzakegula. Aristotelesek fisika, metafisika, poesia, antzerkia, musika, logika, erretorika, linguistika, politika, etika, biologia eta zoologiaren inguruan idatzi zuen. Berak idatzi zuen “fisikaren” inguruan jarduten duen lehen lana. K.a. IV. mendean Fisika Aristoteliko gisa ezagutzen den sistema proposatu zuen. Mugimenduaren (eta grabitatearen) ideia eta antzekoak azaltzen saiatu zen lau elementuen teoriaren bidez. Aristotelesek uste zuen materia guztia eter edo lau elementuen bidez osatuta zegoela: lurra, ura, airea eta sua. Aristotelesen arabera, lau elementu lurtar hauek barne-aldaketarako eta bere toki naturalera joateko mugimendurako ahalmena dute; horrela, harria kosmosaren erdigunera doan bitartean, sua goruntz doa, izarretan baitago bere toki naturala. Azkenik, Fisika Aristotelikoak arrakasta handia izan zuen mende askotan zehar Europan, Erdi Aroko zientzialari eta jakintsu asko fisika honen arabera prestatuak izan baitziren. Galileo Galilei eta Isaac Newtonen garaira arte, hau izan zen zientziaren paradigma nagusia.

Grezia Klasiko hasieran, Lurra biribila zelako ideia nahiko normala zen. K.a. 240 urte inguruan, Eratostenesek (K.a. 276-194), esperimentu baten bitartez, Lurraren zirkunferentziaren neurria estimatu zuen. Aristotelesen ikuspegi geozentristaren aurrean, Aristarko Samoskoak (Greziarrez: Ἀρίσταρχος; K.a. 310-230 gutxi gorabehera) Eguzki sistemaren eskema heliozentrikoaren aldeko argudio esplizitu bat proposatu zuen, Eguzkia jarriz sistemaren erdigunean. Seleuko Seleuziakoak, Aristarkoren teoria heliozentristaren jarraitzaileak, esan zuen Lurrak bere ardatzaren inguruan birak ematen zituela, eta aldi berean, baita Eguzkiaren inguruan ere. Bere argudioak galdu egin ziren, baina Plutarkoren bidez badakigu Seleuko izan zela lehendabizikoa arrazoiaren bitartez sistema heliozentriko bat proposatu zuena.

K.a. III. mendean, Arkimedes (Greziarrez: Ἀρχιμήδης; K.a. 287-212) matematikari greziarrak (antzinako matematikari handiena eta historiako onenetarikoa kontsideratua) hidrostatikaren eta estatikaren fundamentuak ezarri zituen eta palankaren azpian dauden matematikak kalkulatu zituen. Antzinako zientzialari puntakoa, Arkimedesek ere polea sistema desberdinak sortu zituen objektu handi eta pisutsuak esfortzu gutxirekin mugitu ahal izateko. Arkimedesen Torlojua izenekoak, hidroingenieritza modernoaren oinarriak finkatu zituen, eta bere guda makinek Erromatar tropak atzera botatzen lagundu zuten Lehen Gerra Punikoan. Arkimedesek ere Aristotelesen argudioei aurre egin zien, baita bere metafisikari ere. Matematikariaren ikuspuntuaren arabera, ezinezkoa da matematika eta natura banatzea, eta hau teoria matematikoak asmakuntza praktiko bilakatuz frogatu zuen. Aurrerago, K.a. 250 urte inguruan, “Gorputzen orekaz fluidoetan” obran, Arkimedesek flotagarritasunaren legea garatu zuen, Arkimedesen Printzipio gisa ezagutua. Matematikan, agortze metodoa erabili zuen parabola baten arkuaren azpiko azalera kalkulatzeko. Honi serie infinitu bat gehitu zion eta pi zenbakiaren gerturatze garrantzitsu bat egin zuen. Orekaren eta grabitate zentroen printzipioak ere garatu zituen, ondoren Galileo eta Newton jakintsu ospetsuek erabiliko zituzten ideiak, hain zuzen ere.

Hiparko Nizeakoak (K.a. 190-120), astronomian eta matematikan aditua, teknika geometriko sofistikatuak erabili zituen izar eta planeten mugimenduak mapatzeko, baita eguzki eklipseak aurreikusteko ere. Gainera, Lurraren, Eguzkiaren eta Ilargiaren arteko distantziak kalkulatu zituen, garaiko behaketa-tresnen gainean egin zituen hobekuntzetan oinarrituz. Ptolemy (K.a. 90-168) ere hasierako fisikarien artean ospetsuenetarikoa da, Erromatar Inperioaren garaiko puntako adituetako bat. Tratatu zientifiko askoren autorea izan zen eta bere tratatuetatik gutxienez hiruk garrantzi handia izaten jarraitu zuten ondorengo Islamiar eta Europar zientzian. Hiru horietatik lehendabizikoa, astronomiaren inguruko tratatu bat da, Almagest (Greziarrez: Ἡ Μεγάλη Σύνταξις; “Tratatu Handia”, hasieran Μαθηματικὴ Σύνταξις, “Tratatu Matematikoa) izenekoa. Bigarrena Geografia da, mundu greko-erromatararen geografiaren inguruko jakintzaren gaineko eztabaida.

Antzinaroko jakituriaren zati handi bat galdu egin zen. Pentsalari ospetsuenen lanetan ere, soilik pasarte batzuk biziraun dute. Hiparkoren kasuan adibidez, nahiz eta jakin gutxienez hamalau liburu idatzi zituela, bere obretatik ez zaigu ia ezer iritsi. Aristotelesen ehun eta berrogeita hamar obretatik ere, soilik hogeita hamar iritsi dira eta horietako batzuk irakurketa oharrak baino gutxi gehiago dira.

India eta Txina 

Indiar filosofian, Maharisi Kanada izan zen lehena sistematikoki teoria atomista bat garatu zuena K.a. 200. urtearen inguruan, nahiz eta autore batzuek K.a. VI mendean kokatzen duten. Teoria hau aurrerago ere garatua izan zen Dharmakirti eta Dignāga atomista budisten eskutik K.o. I. milurtekoan. K.a. VI mendean, Gautama Buddharen garaian, Pakudha Kaccayana filosofo indiarrak ere munduaren osaera atomikoaren inguruko ideiak proposatu zituen. Pentsalari hauek uste zuten gainontzeko elementuak (eterra izan ezik) fisikoki ukigarriak direla, eta hauek materia minuskulo estutuez osaturik zeudela. Azken partikula minuskuloari, zatiezina dena, Parmanu izena jarri zioten. Filosofo hauen iritziz, partikula hau suntsiezina eta betierekoa litzateke. Budistek uste zuten atomoak ikusi ezin daitezken objektuak direla, izatera datozenak eta berehala desagertu egiten direnak. Vaisheshika filosofoen eskolak, pentsatzen zuen atomoa soilik espazioko puntu bat dela. Eskola hau, lehena izan zen mugimendua eta indar aplikatuaren arteko harremanak deskribatzen. Atomoen inguruko teoria indiarrak nahiko abstraktuak ziren, hauek logikan oinarritzen baitziren eta ez esperientzia edo esperimentazio pertsonalean. Indiar astronomian, Aryabhatiyak (K.o. 499) Lurraren errotazio mugimendua proposatu zuen. Beste aldetik, Nilakantha Somayajik (1444-1544), Keralako astronomia eta matematika eskolakoa, erdi-heliozentrikoa zen eredu bat proposatu zuen, sistema Tychonikoaren antzekoa.

Antzinako Txinan magnetismoaren inguruko ikerketa K.a. IV. mendean kokatzen da. Ekarpen garrantzitsuak egin zituen bertan Shen Kuo-k (1031-1095), estatu-gizona eta diziplina desberdinen inguruko jakintsua. Lehendabizikoa izan zen nabigaziorako iparrorratz magnetikoa deskribatu zuena, baita “benetako iparra” kontzeptua proposatu zuena ere. Optikan, Shen Kuok kamara iluna garatu zuen.

Islamiar Zientzia 
VII eta XV. mendeen artean, garapen zientifikoa mundu Islamiarrean eman zen. Obra klasiko asko (indiarrak, asiriarrak, persiarrak eta greziarrak) arabierara itzuliak izan ziren, baita Aristotelesen obrak ere. Ibn Sīnā (980-1037), “Avizena” izenaz ezaguna, Bukharako (egungo Uzbekistan) polimata bat zen, garrantzitsua bere ekarpenengatik fisikan, optikan, filosofian eta medikuntzan. Medikuntzako Araua liburua idazteagatik ospetsua, izan ere, liburu hau medikuntza ikasteko erabili zen XVII. mende arte. 

Ibn al-Haythamek (965-1040) ere ekarpen garrantzitsuak egin zituen. Basra-ko (egungo Irak) matematikaria zen eta optika modernoaren sortzaileetako bat kontsideratua dago. Ptolemy eta Aristotelesek uste zuten argia begitik irteten zela gainontzekoa argituz, edota objektuek ematen zutela argia, baina al-Haythamek (Alhazen latindarrez) proposatu zuen argia begiraino izpi moduan iristen zela objektuaren puntu desberdinetatik. Ibn al-Haytham eta Abu Rayhan Biruniren (pertsiar zientzialaria) lanak mendebaldeko Europara iritsi ziren Witelo eta Roger Bacon hauek aztertzen hasi zirenean. Omar Khayyam-ek (1048-1131), pertsiar zientzialaria, eguzki-urte baten iraupena kalkulatu zuen eta gaur egungo kalkuluekin alderatuz, soilik segundu baten frakzio baten aldea besterik ez zegoen. Kalkulu hau erabili zuen egutegi berri bat egiteko, egutegi Gregoriarra baina zehatzagoa dena eta bostehun urte beranduago iritsiko zena. Lehen zientzia komunikalari handi gisa kontsideratua da, esaten baita, adibidez, Sufi teologoa konbentzitu zuela esanez Lurrak bere buruaren baitan birak ematen dituela.

Nasir al-Din al-Tusi (1201-1274), Baghdaden hil zen persiar astronomo eta matematikaria, Astronomiaren Altxortegiaren autorea izan zen. Obra honetan Ptolemy-ren planeten mugimenduaren eskema, indarrean zegoena, erreformatu egin zuen, non planeta ororen mugimendu zirkularra deskribatu zuen, orbitak zehaztuz. Lan honen bitartez, bere ikasle batek geroago deskubrituko zuen orbiten mugimendua eliptikoa dela. Kopernikok ondoren obra hau eta bere ikasleenak erabiliko zituen, nahiz eta obra hauen eragina ez aitortu. Ptolemyren teoriaren pixkanakako bazterketak ondoren lekua emango dio heliozentrismoaren ideia iraultzaileari.

Erdi Aroko Europa 

Antzinako obren aurkikuntzak, Mendebaldea arabiarretik latinerako itzulpen prozesu batean sartu zuen. Obra hauen aurkikuntzak, Judeo-Islamiar teologiaren iruzkinekin batera, Erdi Aroko filosofoengan eragin handia izan zuen, Tomas Akinokoa filosofoan ondo ikusten da esaterako. Europar eskolastikoak, teologia kristaua eta antzinako filosofia uztartzeko ahaleginak egiten zituztenak, Aristoteles antzinako pentsalari handiena bezala aldarrikatu zuten. Aristotelesen fisika Europako Elizaren azalpen fisikoen oinarria bilakatu zen, hau zuzenean Bibliari kontrajartzen ez zitzaionez. Kuantifikazioa Erdi Aroko fisikaren elementu zentrala bilakatu zen.

Aristotelesen fisikan oinarrituz, fisika eskolastikoak gauzak bere natura esentzialaren arabera mugitzen zirela zehaztu zuen. Objektu zerutiarrak zirkuluetan mugitzen zirela esan zuten, izan ere, mugimendu zirkular perfektua zeruko esfera ustelezinen jatorrizko ezaugarritzat zeukaten. Inpultsoen Teoria, inertzia eta abiaduraren kontzeptuaren aurrekaria, John Philoponus eta Jean Buridan filosofoek garatu zuten paraleloki. Ilargiaren azpiko mugimenduak ez zituzten perfektu gisa ikusi. Lurreko erreinuko azalpen zientifikoak tendentzien arabera azaltzen ziren, hau da, fisika Aristotelikoan oinarrituz, harriek lur elementua zutenez, hauek Lurraren erdigunera jotzeko joera zuten.

Iraultza Zientifikoa 
XVI eta XVII. mendeetan zehar, Iraultza Zientifiko izenaz ezaguna den garapen zientifiko handia gertatu zen Europan. Korronte filosofiko nagusiekiko desadostasuna piztu zen Iraultza Zientifikoa baino lehen, horren lekuko dugu Erreforma Protestantea, baina zientziaren iraultza, naturaren filosofoak korronte eskolastikoari aurre egiten hasi zirenean hasi zen, hala nola, Francis Bacon. Eskolastikaren aurkako konfrontazio honetan, matematikaren garrantzia aldarrikatzen hasi ziren mekanika eta astronomiako eremuetan aplikatuz eta horrela, mugimenduaren eta beste kontzeptu batzuetan dauden lege unibertsalez jabetzen hasi ziren.

Nikolas Koperniko 

Nikolas Koperniko (1473-1543) astronomo prusiarrak egindako ekarpenak sekulako aurrerapena suposatu zuen astronomia modernorako; hori dela eta, astronomia modernoaren aita izendatua izan da. Eguzki sistemaren eskema heliozentrikoaren alde argudio sendoak proposatu zituen, baita planeten mugimenduak aztertzeko medio errazago eta sinpleagoak ere. Eguzki sistemaren eskema heliozentrikoan, Lurra Eguzkiaren inguruan dabil biraka beste gorputzekin batera Lurraren galaxian. Honek Ptolemy astronomo greziar-egipziarraren teoriaren aurka ere egiten zuen, zeinak Lurra unibertsoaren erdian kokatu zuen eta 1400 urtetan onartua izan zen. Aristarko Samoskoak (K.a. 310-230) jada proposatu zuen bere garaian Lurra Eguzkiaren inguruan bira ematen zuela, baina Kopernikoren arrazoiketak ekarri zuen azkenik, ideia “iraultzaile” honen onarpen orokora. Teoria hau aurkezten duen liburua (De revolutionibus orbium coelestium, “Esfera zerutiarren iraultzei buruz”) Kopernikoren heriotza baino lehen publikatua izan zen, 1543an. Gaur egun, obra hau astronomia modernoaren abiapuntutzat hartzen da, baita Iraultza Zientifikoarena ere. Kopernikoren ikuspegi berriak, Tycho Brahek egindako oharrekin batera, Johannes Kepler (1571-1630) astronomo alemaniarra planeten mugimenduen legeak formulatzera bultzatu zuen, zeinak gaur egun oraindik erabiltzen diren.

Galileo Galilei 

Galileo Galilei (1564-1642) italiar matematikari, astronomo eta fisikaria Iraultza Zientifikoaren ikur zentrala da, Kopernikoren ideiak sutsuki defendatu, esperimentu enpirikoen erabilera bultzatu eta ekarpen garrantzitsuak egin baitzituen astronomiaren inguruan, hala nola, teleskopioaren hobekuntza. Matematikari gisa, Galileoren lana unibertsitate garaiko hiru gai nagusiren menpe zegoen: zuzenbidea, medikuntza eta teologia (filosofiarekin oso lotuta zegoena). Hala ere, Galileok uste zuen diziplina teknikoen eduki deskriptiboak interes filosofiko batzuen zerbitzura zeudela, izan ere, behaketa astronomikoaren ikerketa matematikoak -gehien bat, Kopernikoren Eguzkiaren, Lurraren, Ilargiaren eta planeten mugimenduen ikerketak- aditzera ematen zuen filosofoen unibertsoarekiko ikuspegia oker egon zitekeela. Galileok ere esperimentu mekanikoak bideratu zituen, azpimarratuz mugimenduak berak —berdin dio hau “naturalki” edo “artifizialki” eraginda zegoen— bazituela ezaugarri unibertsal batzuk zeinak matematikoki deskribatuak izan zitezkeen.

Galileoren hasierako ikasketak Pisako Unibertsitatean izan ziren, medikuntzaren arloan, baina berehala matematika eta fisikaren eremuetara mugitu zen. Hemeretzi urterekin, penduluaren natura isokronikoaz jabetu eta frogatu egin zuen. Hau egiteko, bere pultsua erabili zuen Pisako katedraleko lanpara baten kulunken oszilazioak neurtzeko, eta horrela konturatu zen, kulunka bakoitzak denbora tarte berdina behar zuela kulunken anplitudea zein zen axola gabe. Berehala ospetsu bilakatu zen bere balantza hidrostatikoaren asmakuntzari esker, baita bere gorputz solidoen grabitate zentroari buruzko tratatuagatik ere. Pisako Unibertsitatean irakasle gisa jardun zuen bitartean (1589-1592), gorputzen mugimenduari buruz ikertzen hasi zen, eta honen ondorioz, garaian onartua zen Aristotelesen eskemarekin kontraesanak ikusi zituen. Ikusi zuen gorputzak ez zirela erotzen euren pisuaren araberako abiadura batean. Galileoren istorio famatua, non esaten den Pisako dorretik objektuak botatzen zituela, apokrifoa da, baina bai konturatu zen bala baten ibilbidea parabola bat zela, eta bere ondorioak esan daiteke Newtonen mugimendu legeen aurrekari bat direla. Horretan oinarrituta, egun Galieoren erlatibitatea deritzona dago, lehen aldiz denbora eta espazioaren ezaugarriak modu zehatz batean formulatzen dituena geometria tridimensionaletik at.

Galileo “behaketa astronomiko modernoaren aita”, “fisika modernoaren aita”, “zientziaren aita” eta “zientzia modernoaren aita” kontsideratua izan da. Stephen Hawkingen arabera: “Galileo, agian beste edozein pertsona bezala, baina zientzia modernoaren jaiotzaren arduraduna da”. Erlijio ortodoxoak eredu geozentriko edo Tychonikoa soilik onartzen zuenez, Galileoren babesak teoria heliozentrikoaren eztabaida sortu zuen, eta inkisizioarekin arazoak izan zituen. “Heresiaren susmoa” leporatu zioten eta bere hitzak ukatzera behartu zuten, baita etxe barruko arrastatzera kondenatu ere.

Galileok behaketa astronomian ekarpen garrantzitsu desberdinak egin zituen: Artizarraren faseen teleskopio bidezko frogapena, 1609an Jupiterren ilargi handienen aurkikuntza (ondoren “Galilear ilargiak” izena jarri zioten ilargi multzo honi), eta eguzki-orbanen behaketa eta azterketa. Teknologian eta zientzia aplikatuan ere zenbait lorpen lortu zituen asmakuntza desberdinak sortuz, hala nola, iparrorratz militarra. Jupiterren ilargien aurkikuntzaren inguruko lana 1610. urtean publikatu zuen eta, honi esker, matematikari eta filosofo gisa Medicitarren gortean sartu ahal izan zen. Tradizio aristotelikoan kokatzen ziren filosofoekin ere eztabaidan aritu zen, eta bere lanei esker ospe handia lortu zuen (“Bi zientzia berriei dagozkien diskurtso eta frogapen matematikoak” eta “Saiakera-idazlea”). Galileoren esperimentuen gaineko interesak eta mugimenduaren deskribapena matematikaren bidez egiteko interesak, esperimentazioa filosofia naturalaren ardatzean kokatu zuen. Tradizio honi, matematikoa ez den “historia esperimentalen” enfasia gehituz (hala nola, William Gilbert eta Francis Bacon filosofoen eskutik), eragin handia izan zuen garaiko eta ondorengo jarduera zientifikoan, baita Galileoren heriotza eta gero. Eredu honekin jarraitu zutenetako batzuk: Torricelli Ebangelista eta Cimentoko Akademiako kideak izan ziren Italian; Marin Mersenne eta Blaise Pascal Frantzian eta Christiaan Huygens Herbereetanm, Robert Hooke eta Robert Boyle Ingalaterran.

René Descartes 

René Descartes (1596-1650) filosofo frantsesa garaiko sistema filosofikoarekin oso lotuta zegoen, bertan eragin handia zuen bitartean. Descartesek asmo handiko helburua zuen: tradizio filosofiko eskolastikoari amaiera ematea, filosofatzeko modu zuzenago bati lekua uzteko. Zentzumenen bidez hautematen den errealitatea kuestionatuz, hauteman daitezkeen fenomeno guztiak “korpuskulu” itsaso ikusezin batera erreduzitzen saiatu zen. (Pentsamendu gizatiarra eta Jainkoa eskema honetatik at mantendu zituen, hauek unibertso fisikotik aparte zeudela uste baitzuen). Egitura filosofiko hau proposatzean, Descartesek mugimendu mota desberdinak deduzitu zituen, planeten mugimendua eta lurreko objektuen mugimendua kontrajarriz, zeinak ez diren oso desberdinak, baina printzipio unibertsalak jarraitzen dituzten mugimendu korpuskularren adierazpen desberdinak diren. Eragin handia izan zuen bere azalpenak mugimendu astronomiko zirkularren inguruan, espazioan barrena korpuskuluen zurrunbilo-mugimenduaz hitz egitean (Descartesek zioen, bere sinesmenen arabera, hutsa ez zela existitzen). Grabitatea azaltzeko, esan zuen hau objektuak beherantz bultzatzen dituzten korpuskuluen ondorioa dela.

Galileok bezala, Descartesek azalpen matematikoei garrantzia handia eman zien, eta bera eta bere jarraitzaileak XVII. mendeko matematika eta geometriaren garapenaren erantzule handiak izan ziren. Mugimenduaren deskribapen matematiko kartesiarrak zioen formulazio matematiko orok ekintza fisiko zuzen batengatik justifikatua izan behar zuela, Hyugens eta Gottfried Leibniz pentsalariek babestutako baieztapena, azken honek ondoren bere eskolastikaren aurkako sistema filosofiko propioa sortuko zuen “Monadologia”rekin. Descartes “Filosofia modernoaren aita” izendatua izan zen, ondorengo Mendebaldeko filosofiaren zati handi bat bere lanei erantzuten dieten idazkiak izango baitira. Gaur egun, bere obrak unibertsitateetako filosofia departamentuetan ikertzen jarraitzen dira. Matematikaren gaineko eragina ere aipagarria da, hala nola, Koordenada-sistema kartesiarra —ekuazio algebraikoei bi-dimentsioko koordenada sistema batean grafiko bidez espresatuak izateko ahalmena ematen diena— bere omenez izendatua izan zen. Geometria analitikoaren (geometria eta aljebraren arteko zubia) aita dela esan daiteke, garrantzitsua kalkulua eta analisiaren aurkikuntzarako.

Isaac Newton 

XVII. mende amaieran eta XVIII. mende hasieran Iraultza Zientifikoaren figura handienaren lorpenak eman ziren: Cambridge Unibertsitateko fisikari eta matematikaria, Sir Isaac Newtonenak (1642-1727); askok eragin handiena izan duen zientzialaririk handiena kontsideratu dutena. Ingalaterrako Royal Society-ko kidea, bere mekanika eta astronomiako aurkikuntza propioak aurrerago eman ziren aurkikuntzekin uztartu zituen unibertsoaren funtzionamenduaren deskripzio sistematiko bat sortzeko. Mugimenduaren hiru lege formulatu zituen, baita grabitazioaren unibertsalaren legea ere, zeinak ondoren objektuen erorketa mugimendua azaltzeaz gain, gorputz zerutiarren mugimendua ere azalduko duena. Emaitza hauetara iristeko, Newtonek adar matematiko erabat berria asmatu zuen: kalkulua (Leibniz-ek ere bere kabuz asmatu zuen adar hau), fisikaren adar gehienen garapenean parte fundamentala bilakatuko dena. Newtonen aurkikuntzak Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (“Filosofia Naturalaren Printzipio Naturalak”) obran azaldu zituen 1687an, eta honek mekanika eta astronomiaren aro modernoaren abiapuntua markatu zuen.

Newtonek mekanikaren tradizio kartesiarra alde batera utzi zuen, ez baitzegoen ados korpuskuluen indarren teoriarekin. Mugimenduaren hiru legeak eta grabitatearen lege unibertsala erabiliz, frogatu zuen objektuek ez zituztela naturaren formak determinatutako ibilbideak jarraitzen. Horren ordez, esan zuen erregularki behatutako ibilbideak, baita etorkizuneko mugimendu guztiak ere, matematikoki deduzituak izan daitezkeela, ematen den mugimenduan, masan eta objektuen gaineko indarrean oinarrituz. Dena den, mugimendu zerutiarrak ez ziren hain ondo egokitzen Newtonen legeetara, eta horregatik, Newton sinisduna izanik, pentsatu zuen nolabait Jainkoak esku hartzen zuela mugimendu hautan eguzki sistemaren egonkortasuna bermatzeko.

Newtonen printzipioak (baina ez bere tratatu matematikoak), eztabaida ekarri zuen filosofo kontinentalekin, hauek Newtonen mugimenduaren eta grabitatearen azalpen metafisikoa filosofikoki onartezina zela uste baitzuten. 1700 urte inguruan hasita, filosofia kontinentalaren eta analitikoaren arteko bereizketa eman zen, non eztabaida filosofikoez gain, Newton eta Leibnizen jarraitzaileek eztabaida pertsonalak ere izan zituzten. Alde bakoitzak bere kalkuluaren teknika analitikoen alde egin zuen, hauek independenteki garatuak izanik. Hasieran, tradizio leibniztar eta kartesiarra nagusi ziren kontinentean (Leibnizen kalkulua nagusi zen Ingalaterran izan ezik). Newton bera ere kezkatzen zuen grabitazioaren inguruko azalpen filosofikorik ez egoteak, nahiz eta bazekien ez zela beharrezkoa honen funtzionamendua azaltzeko. XVIII. mendea aurrera zihoan neurrian, filosofo kontinentalak Newtonen matematika bidez azaldutako mugimenduen formulak onartzen joan ziren.

Newtonek lehen errefrakzio-teleskopio eraginkorra eraiki zuen eta kolorearen inguruko teoria garatu zuen, “Optika” obran publikatu zuena; horretarako, argi zuria deskonposatzen zuen prisman oinarritu zen, non kolore ugarik espektro ikusgarria osatzen zuten. Newtonen argia, partikula ñimiñoek osatzen zutela azaltzen zuen bitartean, 1690ean Christiaan Huygensek uhinen bidez egiten zela azaldu zuen Newtonen teoriari aurre eginez. Hala ere, XIX. mendera arte ez zuen arrakasta handirik izan, garai horretan filosofia mekanikoaren nagusitasunak Newtonen azalpenaren alde egin baitzuen. Newtonek hozte lege enpiriko bat ere proposatu zuen, soinuaren abiadura ikertu zuen, berretura-serieak aztertu zituen, binomio teoria frogatu zuen eta erro karratuetara hurbiltzen zen metodo bat ere garatu zuen. Garrantzitsuena agian, Newtonek lurreko objektuen eta zeruko gorputzen mugimenduak lege berdinen araberakoak direla estea izan zen, zeinak ez diren ez ausazkoak ezta gaiztoak ere. Keplerren mugimendu planetarioen legeen eta bere grabitazio teoriaren arteko trinkotasuna frogatuz, heliozentrismoaren inguruko azken zalantzak uxatu zituen.

Beste lorpen batzuk 
Iraultza zientifikoaren garaian, fisikaren beste adar batzuetan ere aurrerapenak eman ziren. William Gilbertek, Elizabeth I Erreginaren gorteko fisikaria, magnetismoaren inguruko lan garrantzitsua publikatu zuen 1600. urtean, non Lurra iman erraldoi moduko bat dela esan zuen. Robert Boylek (1627-1691) ganbera batean itxita, gasen portaera aztertu zuen eta bere izena daraman gasen inguruko legea formulatu zuen. Psikologian ere ekarpenak egin zituen eta kimika modernoaren hastapenetan lagundu ere egin zuen. Iraultza zientifikoaren garaian akademia eta elkarte ugari sortu ziren herrialde desberdinetan, handienak Ingalaterrako Royal Society (1660) eta Frantziako Zientzien Akademia (1666) ziren. Ingalaterrakoa Londresen kokatu zen instituzio pribatu bat zen, eta bertatik zientzialari ospetsu asko igaro ziren: John Wallis, Willian Brouncker, Thomas Sydenham, John Mayow eta Christopher Wren, hala nola. Pariskoa, instituzio publikoa zen, eta bertatik kide atzerritarrak ere igaro ziren, Dutchman Huygens nabariena. XVIII. mendean, Berlinen (1700) eta San Petersburgon (1724) ere akademia garrantzitsuak sortu zituzten. Akademia eta elkarteek espazio garrantzitsu bat aurkezten zuten iraultza zientifikoaren eta ondorengo garaietan ere eztabaida, publikazio eta garapen zientifikorako. 1690ean, James Bernoullik frogatu zuen zikloikdea zela tautokronaren arazorako konponbidea; eta ondorengo urtean, Johann Bernoullik frogatu zuen bi puntutatik zintzilikaturiko kate batek katenari bat sortuko duela. Beranduago, zikloideak kurba brakistokronaren arazoa ere konpontzen zuela frogatu zuen.

Lehen termodinamika 
Otto von Guerickek 1650ean motorraren aurrekaria diseinatu zuen, historiako lehen huts ponpa diseinatu eta eraiki baitzuen, eta lehenbiziko aldiz hutsa sortu zuen, “Magdeburg hemisferioak” izeneko esperimentuaren bidez. Hutsa frogatu nahi zuen, Aristotelesen “naturak hutsa gorroto du” ideia zabaldua faltsatzeko. Pixkat aurrerago, Boyle fisikari eta kimikari irlandarrak Guerickeren diseinuak ikasi zituen eta 1656an, Robert Hooke zientzialari ingelesarekin batera, aire ponpa bat eraiki zuen. Ponpa hau erabiliz, Boyle eta Hookek presio-bolumenaren arteko korrelazioa ikusi zuten gas baten baitan: PV=k, non P presioa den, V bolumena den eta k konstantea den. Korrelazio hau Boyleren Legea izenaz ezagutzen da. Garai horretan, airea mugimendurik gabeko partikulaz osatuta zegoela uste zuten, eta ez mugimenduan dauden molekulen sistema bat bezala. Mugimendu termikoaren nozioa bi mende ondoren etorriko da. Dena den, 1690eko Boyleren publikazioak kontzeptu mekaniko baten inguruan jarduten du: aire jauzia. Ondoren, termometroaren asmakuntza eta gero, tenperaturaren ezaugarria kuantifikatua izan zitekeen. Tresna honek Gay-Lussac-i bere legea aldatzeko aukera eman zion eta gasaren lege ideala formulatu zuen. Lege hau formulatu aurretik, Boylen bazkide batek (Denis Papin) lurrun digestore bat sortu zuen. Hau ontzi itxi bat da, tapa fin batekin, zeinak lurruna mantentzen duen presioa igotzen den arte.

Ondorengo diseinuek balbula bat erantsi zioten makina lehertu ez zedin. Balbula honen mugimendua ikusirik, Papin-i pistoi (eta zilindro) motorraren ideia bururatu zitzaion. Dena den, ez zuen bide horretan aurrera egin. Thomas Savery izan zen 1697an motore hau eraiki zuena. Nahiz eta hasierako motoreak eraginkorrak ez izan, zientzialari askoren atentzioa lortu zuten. Hala, 1689an eta lurrun-makinaren aurretik, zaldiak erabiltzen ziren meatzetatik ura ateratzeko. Ondorengo urteetan, lurrun-makinaren moldaketak eraiki ziren, Newcomen makina adibidez, eta ondoren Watten makina. Makina hauek zaldiak ordezkatu zituzten berehala. Hala, makina hauek zaldiekin alderatzen hasi ziren, eta horrela, zaldien indarraren neurriak erabiltzen ziren makinetarako (hortik dator gaur egungo zaldi potentzia). Hasieran makinek bazuten arazo bat: mantsoegiak eta traketsak ziren, soilik erregaiaren %2a bilakatzen zuten indar erabilgarri. Beste hitz batzuetan esanda, ikatz (edo egur) pila bat behar zen indar gutxi lortu ahal izateko. Hala, motoreen dinamikaren inguruko zientzia berri bat sortu zen arazo hau konpontzeko: termodinamika.

XVIII. mendeko garapenak 

XVIII. mendean zehar, Newtonek sortutako mekanika zientzialari askoren eskutik garatua izan zen, eta matematikari geroz eta gehiago kalkuluaren inguruan ikertzen hasi ziren. Mugimenduaren arazoen inguruko analisi matematikoaren aplikazioa, mekanika arrazional gisa ezagutzen zen, baita matematika mistoak bezala ere (ondoren mekanika klasikoa bezala izendatuko zen).

Mekanika 

1714an, Brook Taylorek ekuazio diferentzial bat ebatzi zuen eta bertatik soka tentsatu baten bibrazio frekuentzia oinarrizkoa ondorioztatu zuen, tentsioa eta masa erlazionatuz. Daniel Bernoulli (1700-1782) matematikari suitzarrak gasen portaeraren inguruko ikerketa matematikoak egin zituen, mende baten ondoren garatuko den teoria zinetikorako oinarriak ipiniz. 1733an zintzilikaturiko kate baten frekuentzia eta harmonika ondorioztatu zituen ekuazio diferentzial bat ebatziz. Hurrengo urtean, mutur batetik heldutako barra elastiko baten bibrazioen ekuazio diferentzial bat ebatzi zuen. Benoulliren fluidoen dinamikaren tratatua eta bere fluidoen korronteen inguruko azterketa 1738ko Hydrodynamica lanean sartu zituen.

Mekanika arrazionala hasieran, behatutako mugimenduen inguruko tratatu matematikoak egiteaz arduratzen zen, printzipio Newtoniarretan oinarrituz, kalkulu konplexuen ebazpenen aurrerakuntzan nabarmenduz. Mende amaierarako, tratatu analitikoak jada nahikoa indartsuak ziren eguzki sistemaren egonkortasuna azaltzeko, Newtonen legeetan oinarrituz inongo esku-hartze jainkotiarraren azalpena azaldu gabe. 1705ean Edmond Halley-k Halley kometaren mugimendua eta iraupena zehaztu zituen, William Herschel-ek Urano aurkitu zuen 1781ean eta Henry Cavendishek grabitazio unibertsalaren konstantea neurtu eta Lurraren masa determinatu zuen 1798an. 1783an John Michellek proposatu zuen existitu daitezkeela hain handiak diren objektuak, non argiak ere ezin duen hauengandik alde egin.

1739an, Leonhard Euler-ek osziladore harmonikoaren ekuazio diferentziala ebatzi eta erresonantziaren fenomenoaz konturatu zen. 1742. urtean, Benjamin Robinsek “Artilleriako Printzipio Berriak” lana publikatu zuen, aerodinamikaren zientziari hasiera emanez. Ingalaterrako lanak atzean geratu ziren kontinentean eman ziren aurrerapenekin alderatuz. Bertako akademietan, lanak aurrera egin zuen Bernoulli, Euler, Lagrange, Laplace eta Legendre bezalako zientzialariekin. 1743an, Jean le Rond d’Alembertek Traite de Dynamique publikatu zuen, non indar orokortuen kontzeptua proposatu zuen azelerazioan edo mugatuta zeuden sistementzako, eta lan birtualen ideia aplikatu zuen, D’Alemberten printzipioa izena jaso zuena, Newtonen bigarren legearen etsaia. 1747an, Pierre Louis Maupertuisek mekanikari gutxieneko printzipioak aplikatu zizkion. 1759an, Eulerek danbor laukizuzenaren bibrazioaren ekuazio diferentzial partziala ebatzi zuen. 1764ean, Euler danbor biribilen bibrazioaren ekuazio diferentzial partziala ikertzen ari zela, Bessel-en funtzioaren ebazpen bat aurkitu zuen. 1776an, John Smeatonek esperimentuei buruzko idazki batean indarra, lana, momentu lineala eta energia zinetikoa lotu zituen, eta energiaren kontserbazioaren ideia babestu zuen. 1788. urterako, Joseph Louis Lagrangek, Lagrangeren mugimenduaren ekuazioak proposatu zituen Mécanique Analytique lanan, non mekanika osoa lan birtualaren printzipioaren inguruan antolatzen duen. 1789an, Antoine Lavoisier-ek masa kontserbazioaren legea definitu zuen. XVIII. mendean mekanika arrazionala oso ondo ulertu daiteke bai Lagrangeren 1788ko lanean, baita Pierre-Simon Laplace-ren Mechanics-ean ere.

Termodinamika 
XVIII. mendean zehar, termodinamika pisurik gabeko “fluido neurtezinen” inguruko teorien bitartez garatu zen. Fluido hauetako batzuk beroa, elektrizitatea eta flogistoa (berehala nitrogenoa eta karbono dioxidoa zirela konturatuko ziren). Kontzeptu hauek benetako fluidoak zirela onartuz, hauen ibilbide eta mugimenduak kontrola zitezkeen aparatu mekaniko edo erreakzio kimikoen bidez. Esperimentazio tradizio honek esperimentazio-aparailu berrien garapena ekarriko du, Leyden ontzia adibidez; baita neurtzeko tresna berriak ere, kalorimetroaren antzera; eta bertsio zaharren hobekuntzak, termometroaren kasua adibidez. Esperimentuek ere kontzeptu berriak sortu zituzten. Glasgow-eko Unibertsitatean Joseph Blacken bero latentea eta Benjamin Franklinen fluido elektrikoen karakterizazioa (esaten zuen fluidoak gehiegi eta gutxiegi zeuden lekuen arabera mugitzen zirela, ondoren hau karga positibo eta negatibo gisa berrinterpretatua izan zen) garaiko garapenaren ondorio dira. Franklinek ere, 1752an frogatu zuen tximistak elektrizitatea baino ez zirela.

Beroaren inguruko XVIII. mendeko teoriak, hau fluido mota bat bezala definitzen zuen, teoria kalorikoa bezala ezagutua. Nahiz eta ondoren frogatu zen teoria hau okerra zela, zientzialari askok teoria honengan konfiantza zuten eta aurrerapen handiak egin zituzten teoria modernoa garatu zen arte, horien artean koka ditzakegu Joseph Black (1728-1799) eta Henry Cavendish (1731-1810). Teoria honi kontrajarria, bazegoen gutxiago onartua zen teoria bat Newtonen garaikoa, esaten zuena beroa substantzia baten partikulen mugimenduaren ondorioa dela. Teoria mekaniko honek indarra lortu zuen 1798an Count Rumfordek (Benjamin Thompson) kanoi zulatuaren esperimentua egin zuenean, non beroaren eta energia mekanikoaren arteko harreman zuzena aurkitu zuen.

XVIII. mende hasieran elektrostatikaren eta indar magnetikoen inguruko teoria orokorrak bilatzen saiatu ziren Newtonen printzipioetara egokitzen zirenak, baina ez zen horrelakorik gertatu. Ezintasun hau pixkanaka desagertuz joan zen praktika esperimentalaren gorakadaren aurrean, eta XIX. menderako jada praktika hau zentrala zen, Royal Institutionen jada oso ohikoa zen. Bitartean, mekanika arrazionalaren metodo analitikoak fenomeno esperimentalei aplikatzen hasi ziren. Honen arduradun handienetako bat Jospeh Fourier frantsesa izan zen, beroaren zirkulazioaren tratatu analitikoaren ondorioz, 1822an publikatua. Jospeh Priestleyk 1767an aldderantzizko karratu elektrikoaren legea proposatu zuen eta Charles-Agustin de Coulombek alderantzizko karratuaren legea sartu zuen elektrostatikan 1798an.

Mende amaieran, Frantziako Zientzien Akademiako kideak esparru honetan nagusitu ziren. Aldi berean, Galileok eta bere jarraitzaileek bultzatutako tradizio esperimentalak iraun zuen. Royal Society eta Frantziak Zientzien Akademia ziren lan esperimentalaren inguruko lanak egiten zituzten zentro handienak. Mekanikan, optikan, magnetismoan, elektrizitate estatikoan, kimikan eta fisiologian esperimentuak egiten zituzten, eta XVIII. mendean ez zeuden hain bereiziak bata bestearengandik. Aurrerago, azalpen eskemak desberdinduz joan ziren eta adar hauek geroz eta gehiago bereizten joan ziren, esperimentu eskema desberdinak ere sortuz.

XIX. mendea 

1800. urtean, Alessandro Voltak bateria elektrikoa (pila voltaikoa) asmatu zuen eta honek korronte elektrikoak ikertzeko bideak zabaldu zituen. Urte bete beranduago, Thomas Youngek argiaren uhin izaera frogatu zuen -Augustin-Jean Fresnelen lanak oinarri esperimentala eman zion-, baita interferentzia printzipioa ere. 1813an, Peter Ewartek energiaren kontserbazioaren ideia defendatu zuen “Mugimendu indarren neurketaren inguruan” idazlanean. 1820an, Hans Christian Ørstred-ek eroale elektrikoek indar magnetikoa handitzen dutela ikusi zuen, eta astebete geroago, André-Marie Ampère konturatu zen bi korronte elektriko paralelok indarrak eragiten dizkietela elkarri. 1821ean, William Hamilton, Hamiltonen funtzio bereizgarrien gainean ikertzen hasi zen. 1821ean, Michael Faradayk motore-elektriko bat eraiki zuen; bitartean, Georg Ohm-ek erresistentzia elektrikoaren legea zehaztu zuen 1826ean; tentsioa, korrontea eta zirkuitu elektrikoaren erresistentziaren arteko erlazioa finkatuz.Urte bete geroago, Robert Brownek mugimendu Browniarra deskubritu zuen: uraren gaineko polenaren mugimendua likidoaren atomoen mugimenduen ondorioa da. 1829an, Gaspar Coriolisek lana eta energia zinetikoa terminoei gaur egun dituen esanahia eman zien.

1831ean, Faradayk (eta beste aldetik Joseph Henryk) Faraday efektua deskubritu zuen, magnetismoaren bidezko korronte edo karga elektrikoaren sorrera -indukzio elektromagnetikoa; bi aurkikuntza hauek motore elektrikoaren eta sorgailu elektrikoaren oinarriak dira. 1834ean, Carl Jacobik funtzio eliptikoen teoria sortu zuen. 1834ean, John Russellek agortzen ez den ur uhin bat deskubritu zuen Edinburgotik gertu, eta ur-tankea erabili zuen ur olatu baten abiaduraren dependentzia luzeeraren eta uraren sakoneraren gainean zein zen aztertzeko. 1835ean, Willian Hamiltonek Hamiltonen mugimenduaren ekuazio kanonikoak zehaztu zituen. Urte berean, Gaspar Coriolisek gurpil hidraulikoen funtzionamendua teorikoki aztertu zuen eta Coriolis efektua ondorioztatu zuen. 1841ean, Julius Robert von Mayer-ek, zientzialari hasiberria, energiaren kontserbazioaren inguruan idatzi zuen, baina bere esperientzia falta zela eta, ez zuen onarpenik izan. Hurrengo urtean, Christian Doppler-ek Doppler efektua proposatu zuen. 1847an, Hermann von Helmholtzek energiaren kontserbazioaren legea formalki zehaztu zuen. 1851ean, Léon Foucaultek, pendulu handi baten bidez (Foucault pendulua) Lurraren errotazio-mugimendua frogatu zuen.

Ingurune jarraien mekanikan ere aurrerapen handiak eman ziren mendearen lehen erdian, elastikotasun legeak formulatu ziren solidoentzako, eta Navier-Stokes ekuazioak aurkitu zituzten fluidoen inguruan.

Termodinamikaren legeak 

XIX mendean, beroaren eta energia mekanikoaren legeak kuantitatiboki ezarriak izan ziren Julius Rober von Mayer eta James Prescott Joulen bidez, zeinak beroaren baliokide mekanikoa neurtu zuten 1840an. 1849an, Joulek bere esperimentuen emaitzak publikatu zituen (baita pedalen bidezko gurpilaren esperimentua ere), eta bertan beroa energia mota bat dela frogatu zuen. Ondorio hori 1850ean onartua izan zen. Beroaren eta energiaren arteko harremana lurrun-makinen garapenerako garrantzitsua izan zen, eta 1824ean, Sadi Carnoten lan teoriko eta esperimentala publikatu egin zen. Carnotek termodinamikaren zenbait ideia hartu zituen bere makina eraginkorraren inguruko eztabaidan. Sadi Carnoten lanak termodinamikaren lehenengo legearen oinarria finkatu zuen —energiaren kontserbazioaren legearen berrespena—, zeina William Thomsonek (Kelvin Jauna) eta Rudolf Clausiusek formulatu zuten 1850. urtean. Kelvin Jaunak, zero absolutuaren kontzeptua gasetatik substantzia guztietara zabaldu zuena 1848an, Lazare Carnoten, Sadi Carnot eta Émile Clapeyronen ingeniaritzaren teoriaren inguruan idatzi zuen lehendabiziko lege hori formulatu ahal izateko.

Kelvin eta Clausiusek ere termodinamikaren bigarren legea zehaztu zuten. Lege hau lehenago beste modu batean zegoen formulatua: beroa ez doa berez gorputz hotz batetik beroago batera. Bestelako formulazio batzuk berehala planteatu ziren eta Kelvinek nolabait ulertu zituen legearen inplikazio orokor batzuk. Bigarren Legeak dio gasak mugimenduan dauden molekulek osatzen dutela (Daniel Bernoullik 1738an planteatu zuen antzeko zerbait, baina ez zuen arrakastarik izan). 1850ean, Hippolyte Fizeau eta Léon Foucaultek argiaren abiadura neurtu zuten uretan, eta ikusi zuten airean baino mantsoagoa zela, argiaren uhin izaera azpimarratuz. 1852an, Joule eta Thomsonek frogatu zuten gas bat abiadura handian zabaltzen baldin bada hoztu egiten dela, honi Joule-Thomson edo Joule-Kelvin efektua deritzo. Hermann von Helmholtzek unibertsoaren heriotza termikoaren ideiarekin aurrera egin zuen 1854ean. Urte berean, Clausiusek dQ/T-ren garrantzia ezarri zuen (Clausiusen teorema).

James Clerk Maxwell 

1859an, James Clerk Maxwellek molekulen abiaduraren banaketaren legea deskubritu zuen. Maxwellek frogatu zuen eremu elektriko eta magnetikoak beren sorgunetik kanpora zabaltzen direla argiaren abiadura berdinean, eta argia erradiazio elektromagnetiko mota bat baino ez dela, soilik frekuentzia eta uhin luzeeragatik bereizten dena. 1859an, Maxwellek gas baten molekulen abiaduren banaketaren inguruko matematiketan lan egin zuen. Argiaren uhin izaeraren teoria onartua izaten ari zen Maxwellen elektromagnetikaren inguruko lanak aurrera egiten zuen ahala, eta hortik aurrera, argiaren eta elektrizitatearen eta magnetismoaren inguruko ikerketak areagotu egin ziren. 1864ean, Maxwellek eremu-elektromagnetikoaren teoria dinamikoaren inguruan idatzi zun eta argia fenomeno elektromagnetikoa dela esan zuen 1873an Treatise on Electricity and Magnetism obran. Lan hau Carl Friedrich Gauss eta Wilhem Weberen lan teorikoetan oinarritu zen. Beroa mugimendu partikularrean enkapsulatuz, eta honi dinamika Newtondarraren indar elektromagnetikoak gehituz, indar teoriko oso handia eman zien behaketa fisikoei.

Argia uhin formako energia transmisio bat dela (eter luminiszente batetik zehar), eta Heinrich Hertzen erradiazio elektromagnetikoaren hautematea, teoria fisikoaren garaipen handia izan zen, eta oinarrizko teoria askoren garapena ahalbidetuko zuen etorkizunean. Maxwellen teoriaren frogapen esperimentala Hertzek bideratu zuen, uhin elektrikoak sortu eta detektatzea lortuz 1886ean. Horrela, hauen ezaugarriak deskribatu zituen, eta hauek irrati, telebista eta beste aparailu batzuetan aplikatzea ahalbidetu zuen. 1887an, Heinrich Hertzek efektu fotoelektrikoa deskubritu zuen. Uhin elektromagnetikoen aurkikuntza ondoren hasi zen, zientzialari eta asmatzaile desberdinek esperimentu desberdinak bideratu zituzten uhin hauen ezaugarriak ezagutzeko. 1890 urtean, Guglielmo Marconik erradio uhin bat sortu zuen haririk gabeko telegrafo sistema baten bidez.

Materiaren teoria atomikoa XIX. mendean proposatua izan zen berriz John Dalton kimikariaren eskutik, eta Clausius eta James Clerk Maxwellek beraien gasen teoria zinetiko-molekularrean hipotesi gisa erabili zuten termodinamikaren legeak azaltzeko. Ludwin Boltzmann (1844-1906) eta Josiah Willard Gibbs (1839-1903) zientzialariek esan zuten energia (baita beroa ere) partikulen abiaduraren neurri bat dela. Egoera desberdinen partikulen antolakuntzen posibilitatea eta egoera hauen energia harremanduz, Clausiusek energiaren desagerpena berrinterpretatu zuen, eta esan zuen energia molekulen tendentzia estatistikoa dela. Termodinamikaren bigarren legearen interpretazio estatistikoa edo absolutuaren arteko eztabaida piztu zen hamarkada askotarako, zeina ez zen konpondua izango XX. mendean atomoen portaera zehaztu ahal izan zen arte.

XX. mendea: Fisika Modernoaren sorrera 

XIX. mende amaieran, fisika hainbeste garatu zen, non mekanika klasikoak arazo desberdin ugari azaldu zitzakeen: termodinamika eta teoria zinetikoak garatuak zeuden; optika geometrikoa eta fisikoa uhin elektromagnetikoen bidez ulertua zen; eta energia eta masaren kontserbazio legeak onartuak zeuden oro har. Hain handia zen garapena, non jada uste zen fisikaren lege garrantzitsuenak deskubrituta zeudela eta ikerketak, handik aurrera arazo partikular eta txikiagoak konpontzera bideratua egon behar zuela metodoaren hobekuntzaren bidez. Hala ere, 1900. urtean zalantzak piztu ziren teoria klasikoen inguruan, baita beraien ezintasuna zenbait fenomeno fisiko azaltzeko ere (gorputz beltzen erradiazioa eta efektu fotoelektrikoa, hala nola); gainera, zenbait formulazio teoriko paradoxa bilakatzen ziren hauek muturrera eramatean. Hendrik Lorentz, Emil Cohn, Ernst Wiecher eta Wilhem Wien bezalako fisikariek uste zuten Maxwellen ekuazioen inguruko aldaketa batzuek fisikaren lege guztien oinarri bat sortu zezaketela. Fisika klasikoaren akatsak ez ziren inoiz konponduak izan eta ideia berriak beharrezkoak ziren. XX. mendearen hasieran, iraultza handi batek fisikaren mundua astindu zuen, garai berri bati hasiera emanez: fisika modernoa.

Erradiazio esperimentuak 
XIX mendean, esperimentu batzuetan erradiazio forma ezezagunak detektatzen hasi ziren: Wilhelm Röntgenek X-izpiak deskubritu zituen 1985ean; 1896an Henri Becquerelek zenbait materia mota deskubritu zituen zeinak erradiazioa emititzen duten. 1897an, J.J. Thomsonek elektroia deskubritu zuen, eta Marie eta Pierre Curiek elementu erradioaktibo berriak aurkitu zituzten. Honek ustez suntsiezina den atomoaren eta materiaren izaeraren inguruko eztabaida piztu zuen. Mari eta Pierrek “erradioaktibitate” terminoa erabili zuten ezaugarri hau definitzeko, eta radioa eta polonioa elementu erradioaktiboak isolatzea lortu zuten. Ernest Rutherford eta Frederick Soddyk Becquerelen erradiazio formetako bi indetifikatu zituzten elektroi eta helioaren bitartez. Rutherfordek erradioaktibitatearen bi mota izendatu zituen eta 1911. urtean frogatu zuen atomoak bazuela positiboki kargatutako nukleo dentsoa, zeina karga negatiboa duten elektroiez inguratuta dagogen. Teoria klasikoaren arabera, egitura honek ezin zuen egonkorra izan. Teoria klasikoa ere oker zegoen, XIX mende bukaeran egin ziren bi esperimenturen emaitzak ikustean. Esperimentu hauetan ikusi zen ez zela beharrezkoa “eter luminiszenterik” fenomeno elektromagnetikoak azaltzeko. Erradiazioaren eta erradioaktibitatearen inguruko ikerketak ardatz izan ziren ondorengo urteetan, eta 1930.eko hamarkadan fisio nuklearra deskubritu zen, zeinak energia atomikoari bide eman zion.

Albert Einsteinen erlatibitatearen teoria 
1905ean, 26 urte zituen Albert Einstein (1879-1955) fisikariak, frogatu zuen nola denbora eta espazioaren neurriak behatzailearentzat eta behatuarentzat desberdinak ziren. Einsteinen erlatibitatearen teoria erradikalak iraultza berri bat suposatu zuen zientziarentzat. Nahiz eta beste ekarpen garrantzitsu asko ere egin zituen Einsteinek, erlatibitatearen teoriak bere baitan inoiz izan den lorpen intelektual handienetako bat suposatu zuen. Nahiz eta erlatibitatearen kontzeptua ez zuen Einsteinek ezarri, azaldu zuen espazio huts batean argiaren abiadura beti konstantea dela, hau da, behatzaile guztientzako berdina eta mugimenduarentzako muga absolutua. Honek ez du eragiten pertsona baten egunerokoan, izan ere objektu gehienen abiadura argiarena baino askoz ere txikiagoa da. Baina argiaren abiadurara hurbiltzen diren objektuetan, erlatibitatearen teoriak frogatzen duena da, hauetan erlojuak ipiniko bagenitu, denbora askoz ere mantsoago igaroko litzakeela lurrean geldirik dagoen behatzaile batentzat baino. Einsteinek E=mc2 formula ere deduzitu zuen, massa eta energiaren arteko baliokidetasuna zehazten duena.

Erlatibitate berezia 

Einsteinek esan zuen argiaren abiadura konstantea dela erreferentzia-sistema inertzial guztietan eta lege elektromagnetikoak erreferentzia-sistema dena delakoa izanik, baliozkoa izan behar dutela. Baita ere esan zuen masa eta energia elkar trukagarriak direla bere E=mc2 formularen arabera. Urte berean publikatutako beste artikulu batean, Einsteinek baieztatu zuen erradiazio elektromagnetikoa kantitate txikitan (quantum) transmititzen dela, Max Planck teoriko fisikoak proposatutako konstante batean oinarrituz.

Erlatibitatearen teoria, behaketa fisikoen eta espazio eta denboraren kontzeptuen arteko harremanen inguruko formulazioa da. Teoria elektromagnetikoaren eta Newtonen mekanikaren arteko kontraesanetatik jaio zen eta bi esparru hauetan eragin handia izan zuen. Arazoa zen ea beharrezkoa zen uhin elektromagnetikoak bideratzen zituen “ether” horren inguruan eztabaidatzea, baita honen inguruko mugimendua eta honen antzematea ere, izan ere, Michelson-Morley esperimentuan ez zen hau lortu. Einsteinek eztabaida honekin eta “ether” kontzeptuarekin amaitu zuen bere erlatibitatearen teoria bereziarekin. Hala ere, bere oinarrizko fomulazioak ez du teoria elektromagnetiko detailatua sartzen.

Einsteinek “zer da denbora?” galderari Newtonek emandako erantzuna zalantan jarri zuen, osagabea dela esanez. Horren aurrean, “behatzaileak” beharrez bere denboraren eskalaren erabilera egin behar du, eta mugimendu desberdinean dauden bi behatzaileentzako, denbora eskalak desberdinak izango dira. Honek denbora eta espazioa bi kontzeptu lotu bilakatzen ditu, izan ere, behatzailearen mugimenduaren (espazioa) araberakoa da denboraren jarduna. Behatzaile bakoitza bere espazio-denboraren egituraren jabe da. Erreferentzia absoluturik gabe, gertakarien inguruan behatzaileek neurketa desberdin baina baliozkoak egiten dituzte. Einsteinen hitzetan, konstante irauten duen gauza bakarra hauxe da: “Fisikaren oinarrizko legeak identikoak dira bata bestearekiko abiadura erlatibo konstantea duten bi behatzailerentzako”

Erlatibitate bereziak eragin sakona du fisikan: teoria elektromagnetikoaren birmoldaketa gisa hasi, baina naturaren simetria lege berri bat suposatu zuen, Poincaré simetriaz ezagututa, simetria Galilearraren ordez indarrean jarri zena.

Erlatibitate bereziak dinamikan ere eragin handiak eduki zituen. Nahiz eta hasieran “masa eta energiaren bateratze” gisa ulertua izan zen, berehala ikusi zuten dinamika erlatibistak pausagunean dagoen materiaren eta sistema baten energia eta momentuaren artean bereizketa zorrotza egiten duela. Masa terminoak aldaketa semantikoa izan zuen XX. mende bukaeran, eta hortik aurrera soilik pausagunean dagoen masari egiten dio erreferentzia.

Erlatibitate orokorra 
1916. urterako, Einsteinek teoria jada mugimenduaren egoera guztietara orokortzea lortu zuen, baita uniformeak ez diren azelerazioetara ere, horrela ezagutzen da Erlatibitatearen Teoria Orokorra. Teoria honetan Einsteinek kontzeptu berri bat barneratu zuen, espazio-denboraren kurbaturaren kontzeptua, zeinak espazioko puntu guztietako efektu grabitazionala deskribatzen duen. Honek Newtonen grabitazio lege unibertsala alde batera utzi zuen. Einsteinen arabera, grabitazioaren indarra nolabaiteko ilusioa da espazioaren geometriak eragina. Masa baten presentziak espazio-denboraren kurba eragiten du masaren inguruan, eta kurbatura honek espazio-denboraren ibilbidea determinatzen du, askatasunez mugitzen diren objektuek jarraitzen duten ibilbidea. Teoria honekin deduzitu zuen grabitateak argiarengan eragina zuela ere (geroago esperimentuen bidez baieztatua izan zena). Erlatibitatearen tankera honek eguzkiaren inguruko argiaren tolestura azaldu zuen, zulo-beltzak aurreikusi zituen eta baita hondo-erradiazio kosmikoaren ezaugarriak ere. Erlatibitatearen, efektu fotoelektrikoaren eta gorputz beltzen inguruko erradiazioaren lanei esker, Einsteinek 1921ean Nobel Saria irabazi zuen.

Einsteinen erlatibitatearen teoriaren geroz eta onarpen handiagoak, argiaren transmisioaren izaerak, eta Niels Bohren atomoaren ereduak konpondutako arazoak bezain besteko arazo berriak sortu zituzten, eta fisika osoa printzipio fundamental berrien gainean berrezartzeko helburua zen nagusi. Einsteinen erlatibitate orokorrak ondorioztatu zuen espazioa kurbatua eta finitua dela, eta lente grabitazionalen eta eremu grabitazionaletako denboraren distortsioaren fenomenoak aurreikusi zituen.

Mekanika kuantikoa 

Erlatibitateak konpondu ez zuen arazoa izan zen gorputz beltzek emititzen duten erradiazio elektromagnetikoaren inguruko azalpena. Fisika klasikoak zioen hau infinitua bilakatzen zela, baina esperimentuek kontrakoa zioten. Arazo hau mekanika kuantikoaren teoria berriak konpondu zuen. Mekanika kuantikoa atomoen eta sistema subatomikoen teoria da. XX. mendeko lehendabiziko 30 urteetan zehar jaio eta garatu zen teoria hau. Teoria kuantikoaren oinarrizko ideiak Max Planckek (1858-1947) proposatu zituen, zeinak Fisikaren Nobel Saria jaso zuen 1918an, deskubritu zuenean energiaren izaera kuantifikatua. Teoria kuantikoa onartua izan zen Compton Efektuak frogatu zuenean argiaren partikula izaera.

1905ean, Einsteinek teoria kuantikoa erabili zuen efektu fotoelektrikoa azaltzeko, eta 1913an Niels Bohr fisikari daniarrak konstante berdina erabili zuen Rutherforen atomoaren egonkortasuna azaltzeko, baita hidrogeno gasak ematen duen argiaren frekuentzia ere. Atomoaren gaineko teoria kuantikoak mekanika kuantikoaren garapenari ate guztiak ireki zizkion 1920ko hamarkadan. Quantum-aren printzipio berriak Werner Heisenberg, Max Born eta Pascual Jordanek mekanika matrizialaren bitartez formulatu zituzten, eta “egoera” bereizien arteko harreman probabilistikoak landu zituzten, kausalitatearen posibilitatea ukatuz. Mekanika kuantikoa Heisenberg, Wolfgang Pauli, Paul Dirac eta Erwin Schrödingeren eskutik asko garatu zen. Heisenbergek 1927an “ziurgabetasunaren printzipioa” eta mekanika kuantikoaren “Kopenhageko interpretazioa”ren ekarpenek kausalitate fundamentalaren ukazioa azpimarratzen zuten, nahiz eta honen aurkako asko izan (Einstein hauen artean). Mekanika kuantukoa tresna ezin garrantzitsuagoa bilakatu zen maila atomikoko fenomenoen inguruko ikerketa eta azalpenentzako. 1920. urtean, Satyendra Nath Bose zientzialari indiarrak fotoien gaineko lana bideratu zuen, eta mekanika kunatikoak Bose-Einstein estatistika fundatu zuen, Bose-Einstein kondentsatuaren teoria.

Spinaren estatistikaren teoremak ezarri zuen mekanika kuantikoko edozein partikulak bosoia (estatistikoki Bose-Einstein) edo fermioia (estatistikoki Fermi-Dirac) izan behar zuela. Beranduago jakingo zen oinarrizko bosoi guztiek indarra transmititzen dutela, eta elektromagnetismoa fotoiek transmititzen dutela.

Fisika garaikidea eta partikulen fisika

Eremu kuantikoen teoria 

Filosofiaren esparrura gerturatzen zirenek unibertsoaren natura eztabaidatzen zuten bitartean, teoria kuantikoak proposatzen zihoazten, Paul Dirac-en erlatibitate kuantikoaren teoriarekin hasiera emanez 1928an. Hala ere, teoria elektromagnetikoa kuantifikatzeko ahaleginek oztopo handia ikusi zuten 1930eko hamarkadan, izan ere, energia infinituen formulazio teoriak nagusitzen hasi ziren. Egoera hau ez zen guztiz ebatzia izan Bigarren Mundu Gerra igaro arte, Julian Schwinger, Richard Feynman eta Sin-ltiro Tomonagak independenteki birnormalizazioaren teknika proposatu arte, zeinak elektrodinamika kuantiko sendo baten sorrera ahalbidetu zuen.

Bitartean, oinarrizko partikulen inguruko teoriak sortu ziren eremu-teoria kuantikoaren ideiaren garapenarekin batera, zeinak dioen eremu elektromagnetikoak partikula eremuen antzeko izaera dutela. Hideki Yukawak proposatu zuen nukleoaren karga positiboak batera mantentzen zirela partikula baten bitartezko indar baten bidez, zeinaren masa elektroiaren eta protoiaren artean kokatzen den. Partikula hau, “pioi”, 1947an identifikatu zen Bigarren Mundu Gerraren ondoren partikula talde batekin batera. Hasieran, partikula hauek izpi kosmikoek utzitako ionizazio erradiazio gisa aurkituak izan ziren, baina ondoren berriagoa eta indartsuagoa zen partikula-azeleragailu baten bidez sortzea lortu zen.

Partikulen fisikatik at, garaiko aurrerakuntza garrantzitsu batzuk:
 Laserraren asmakuntza (1964, Fisikaren Nobel Saria);
 Supereroankortasunaren aurkikuntza teoriko eta esperimentala, batez ere supereroankortasunaren teoria kuantikoa, Vitaly Ginzbur eta Lev Landauk proposatua (1962ko Fisikaren Nobel Saria); eta, ondoren, Cooperen bikoteen bitarteko azalpena (1972ko Fisikaren Nobel Saria). Cooperen bikotea kuasipartikulen adibide goiztiar bat izan zen.

Eremu batuen teoria 
Einsteinek pentsatzen zuen naturako oinarrizko interakzio guztiak teoria bakar batean azaldu daitezkeela. Eremu bateratuen teoria interakzio desberdinak uztartzeko ahaleginak izan ziren. Teoria honen formulazioetako bat gaugen eremuen teoria izaz zen, simetriaren ideiaren orokortze bat. Eredu estandarra izan zen arrakastatsua indarraren, ahuleziaren eta interakzio elektromagnetikoen arteko bateratzean. Grabitazioa beste edozer gauzarekin lotzeko ahaleginek huts egin zuten.

Eredu estandarra 

Partikula hauen zabaltze eta deskonposizioaren bidezko interakzioak, oinarrizko teoria kuantiko berriei lekua utzi zien. Murray Gell-Mann eta Yuval Ne’eman-ek partikula berri hauei ordena berri bat eman zieten kualitate zehatz batzuen arabera klasifikatu baitzituzten, Gell-Mannek izendatutako “Zortziko bidea”rekin hasiz. Bere ondorengo garapenera arte, Quark Eredua hasieran ez zen aproposa iruditu elkarrekintza nuklear bortitza deskribatzeko, bide emanez S-Matrizea bezalako teoriei. 1970ean, Kromodinamika kuantikoaren ezarpenarekin oinarrizko eta elkartrukeko partikulen inguruko auziari amaiera eman zitzaion, eta honek “Eredu Estandarraren” ezarpena ahalbidetu zuen, gaugen eremuen teoriaren matematiketan oinarrituz. Honek indar guztiak deskribatu zituen, grabitatearena izan ezik, eta gaur egun oraindik onartua da.

Eredu Estandarrak elektroahulen interakzioaren teoria eta kromodinamika kuantikoa klasifikatzen ditu, hauek gauge taldean sartzen ditu. Abdus Salami, Steven Weinberg eta ondoren, Sheldon Glashow-ri zor diegu elektromagnetismoaren eta interakzio ahulen uztartzearen formulazioa eredu estandarraren baitan. Elektroahularen teoria ondoren izan zen baieztatua esperimentazio bidez, eta 1970an Fisikaren Nobel Saria eman zitzaion.

1970etik aurrera, oinarrizko partikulen fisikak unibertso goiztiarraren inguruko kosmologian ezagutzak eskaini ditu, batez ere Big Bang teoriak, Einsteinen erlatibitatearen teoria orokorraren ondorioa. Dena den, 1990ean hasita, behaketa astronomikoak erronka berriak ere ekarri ditu, hala nola, egonkortasun galaktikoaren (materia iluna) inguruko azalpenak eta azeleratutako unibertsoaren (energia iluna) ingurukoak.

Azeleragailuek Eredu Estandarraren alderdi batzuk baieztatu dituzten bitartean, partikulen interakzio desberdinak detektatuz; oraindik ez da eman erlatibitate orokorraren eta Eredu Estandarraren arteko uztartzea egiten duen teoriarik. Supersimetria eta korden teoria, askoren ustez uztartze hau emateko bide zuzena da. Dena den, Hadroi Kolisore Handiak, 2008an funtzionatzen hasi zena, oraindik ez du ebidentziarik aurkitu bi teoria hauen alde.

Kosmologia 
Esan ohi da kosmologia ikerketa auzi garrantzitsua bilakatu zela Einsteinen Erlatibitate Teoria Orokorrarekin bat, 1915ean, nahiz eta “erlatibitate orokorraren urrezko aroa” arte ez zen zabaldu.

Hamarkada bat geroago, “eztabaida handiaren” erdian, Hubble eta Slipherek unibertsoaren zabalkundea deskubritu zuten 1920an. Einsteinen erlatibitate orokorra erabiliz, Lemaitre eta Gamowk big bang teoria bezala ezaguna izango zen teoria formulatu zuten. Honen aurka, egoera geldikorraren teoria formulatu zuten Hoyle, Gold, Narlikar eta Bondik.

Hondoko erradiazio kosmikoa 1960an baieztatua izan zen Penzias eta Wilsonen eskutik. Aurkikuntza honek big bang teoria indartu zuen egoera geldikorraren teoriaren aurrean.

Gaur egun, materia iluna eta energia ilunaren inguruko arazoak agenda kosmologikoaren ardatza osatzen dute.

Higgs-en bosoia 
Peter Higgs izan zen 1964ean Higgsen eremua (melaza kosmikoa) asmatu zuena, hiru taldetan lan egiten zuten beste sei fisikariekin batera. Bere taldekideak Tom Kibble, Carl Hagen, Gerald Guralnik, François Englert eta Robert Brout ziren.

Nahiz eta hauek inoiz ez ikusi, Higgs-en antzeko eremuek paper oso garrantzitsu bat jokatzen dute unibertsoaren teorietan eta korden teorian. Baldintza batzuetan, eremu hauek indar antigrabitazionala eragiten duen energiaz inguratuak izan daitezke. Eremu hauek zabalkuntza handi baten iturri izan daitezkela proposatu da, inflazio gisa ezagututa. Unibertso hasieraren eta, agian, energia ilunaren sekretua izan daitezke, zeinak badirudien orain unibertsoaren zabalkundea azkartzen ari dela.

Erreferentziak

Ikus, gainera 

 Indar
 Masa
 Presio
 Tenperatura
 Zinematika

 Optika
 Ingenieritza elektriko
 Elektromagnetismo
 Fisikako Nobel Sariak
 Fisika
 Fisikarien zerrenda

Kanpo estekak 

  Isaac Newton eta His Thought zientzialariei buruzko lan hautatuak.
 "Fisikaren historia laburra" liburua. UEUko Fisika saila (UEU, 1990)

Artikulu onak
Fisikaren historia